全國中小學科展

2025年

連通圖上行走路徑經過邊數期望值之研究

本研究延續自作者前一年的研究「連通圖上行走步數期望值之研究」,原題為在一個六面體中,有一隻螞蟻位於其中一個頂點並沿著邊行走,每當牠走到頂點時就會選擇一條邊繼續行走,且牠前往任何方向之機率皆相同,但不可走回頭路,求螞蟻回到出發點時經過邊數之期望值。本研究將題目延伸出了以下幾個問題,得出結論後並證明。結果如下:Kn (n - complete graph)、任意tree、Cm★Cn、Km★Kn中,螞蟻從其中一點vi出發,第一次走到另一點vj時經過邊數之期望值通式。除了研究不同的圖上點到點經過邊數期望值通式,針對圖論中經常用的距離 (點到點的最短路徑經過邊數) 與點到點的期望長度最大者進行比較,探討在圖上之性質。

漫畫生成與預測

本研究探討了利用生成式人工智慧技術為漫畫創作帶來新可能性。在當今競爭激烈的漫畫產業中,創作者們需要不斷創新以吸引觀眾,而創作引人入勝的漫畫需要豐富的想像力和劇情結構。本研究希望能協助創作者製作草稿,並探索與AI當朋友的新型創作模式。在生成方面,提出了將漫畫劇情提取、劇情預測以及圖片生成三個步驟的生成流程,並使用了多種模型和技術,如 YOLO模型用於漫畫人臉檢測、文字生成模型用於劇情預測、LoRA技術用於模型微調等,為解決人物生成不連續的問題,我們也提出一種基於特徵提取與融合的解決辦法。本研究提供了一個全面的方案,旨在利用人工智慧技術幫助漫畫創作者創作出簡單的草稿。

點亮絲路:碳量子點螢光蠶絲的製備與光降解環境污染物之應用

本研究以電紡絲法製作光動力活性的碳量子點(carbon quantum dots, CQDs)螢光蠶絲,用於光降解環境染劑汙染物與抗菌的應用探討。不同顏色螢光的碳量子點 紅、綠、藍色)的合成是以檸檬酸作為主要碳源,分別參雜尿素與葉綠素用以合成三種螢光的碳量子點。接著將絲素蛋白、聚乙二醇與量子點溶液為原料,以電紡絲法分別製作成藍色、綠色與紅色的螢光蠶絲。螢光光譜儀 PL)與穿透式電子顯微鏡 TEM)結果呈現量子點的光學特性與尺寸呈現預期的量子效應。拉曼光譜則證實電紡絲法之螢光蠶絲具有絲素蛋白、聚乙二醇與量子點的特徵訊號。本研究使用之電紡絲法製備之螢光蠶絲,與我們之前使用蠶寶寶桑葉餵食法生產之螢光蠶絲來比較,電紡絲螢光蠶絲具有更加優異及穩定的光降解環境汙染物效率,未來可用於自清潔、抗菌織物與醫療敷料之應用。

利用 Verapamil 引發斑馬魚胚胎心衰竭模式並探討臨床心衰竭用藥 Dapagliflozin 和 Valsartan 之成效與機制

本研究利用 Verapamil 誘導斑馬魚胚胎心衰竭模式,並探討 Dapagliflozin 對斑馬魚胚胎表皮離子細胞的調控機制,以加深對 SGLT2 inhibitors 機制的了解。受精後第四天的斑馬魚在暴露於Verapamil 24小時後,除了抑制卵黃囊吸收以及造成心包膜水腫以外,對心臟整體功能(HR, EDV,ESV, SV, EF, CO)具負面影響。以粒線體染劑標記離子細胞,發現Verapamil使其密度上升,使用掃描式電子顯微鏡觀察,則可看到離子細胞頂端開口有明顯的萎縮,影響到正常功能。以抗體標記染色的方式檢測不同離子細胞亞型,顯示 Dapagliflozin 使富含 Na⁺-K⁺ ATPase 的 HR 細胞和富含 H⁺-ATPase 的 NaR 細胞密度上升。同時,心臟功能診斷標誌物的 mRNA 水平(naap, nppb,gata4, vmhc)暴露於Verapamil後上升,促進離子細胞代償性上調。

Wibrazz

Wibrazz is a wearable communication tool that allows the teacher, the therapist, the parent to communicate information to the child remotely using the device. Haptic (vibrationbased) feedback is becoming increasingly important in everyday life. A vibrating device that transmits information through clothing can help people with disabilities who have no or limited sensory use to live an integrated life in society without barriers.

腔體共振與開孔氣流的探討

本研究探討聲音共振引起腔體開口處氣流噴出的現象。實驗通過揚聲器播放聲音,使固定的錐形瓶產生共振,並改變聲音頻率、聲音強度及腔體參數(體積、瓶口截面積、瓶頸長度)分析氣流的形成原理與機制。腔體非共振情況下,腔體內外氣壓的振幅差較小,且存在相位差,此時開口處並未測得氣流;而在共振時,腔體內氣壓振幅顯著增加,導致開口處出現氣流且流速達到峰值。而流速峰值頻率與腔體幾何參數的關係符合修正後的亥姆霍茲共振公式,其中瓶頸有效長度應為L+1.45D。此外,氣流形態受衝程比L/D影響,當衝程比小於0.1時,氣體噴出後容易被重新吸回腔體,無法形成噴流;而衝程比大於0.4時,噴出氣流形成穩定的不連續渦流環,即合成噴流;在0.1至0.4之間時,氣流形態處於過渡狀態。本研究為聲能轉動能方面提供新的研究途徑,並有進階研究的可能性。

基於LSTM行為與活動力之樂齡關懷系統

本研究開發基於RNN和LSTM的獨居者居家行為監控系統,利用樹莓派、多種無侵入式感測器及鏡頭實現獨居者日常活動的實時監控與情緒評估。系統收集各感應器數據,透過 LSTM 進行學習與預測,並使用隨機森林演算法分析行為狀態,提供客製化數據處理與預測性能優化。 長期數據收集可觀察獨居者的活動力及情緒變化,早期發現健康風險,針對現有求救設備頻繁異常通知的問題,我們開發了能夠識別長期身心狀況變化的監測系統,並整合人體紅外線感應器、都卜勒雷達感應器、日夜感測器等技術,透過Python程式及MQTT進行數據收集與處理。模型訓練使用SQLite資料庫數據,經過多次測試選擇最佳參數以提高預測準確度,隨機 森林演算法也強化決策準確性。 通過長期的數據收集和分析,本系統能夠觀察並預測獨居者的活動力和情緒的變化,早期發現獨居者的身心健康是否有風險。

大生熊蟲自體螢光於檢測蔬菜硝酸鹽之應用與螢光機制探討 Application and Mechanism of Tardigrade Macobiotus Autofluorescence in the Detection of Vegetable Nitrates

利用鏡檢大生熊蟲形態檢測蔬菜中硝酸鹽壓力,常有形態判別問題,本研究想利用其自體螢光開發新型檢測模式,利用硝酸鹽壓力下其活動與隱生比例差異與自體螢光強度關係,檢測硝酸鹽濃度。顯示其自體螢光最佳激發波長為488 nm,製作檢量線(R2=0.99)與自製裝置使用470nm波長激發以壓克力濾光(R2=0.97)可檢測0〜156 mg/L硝酸鹽,可改善鏡檢缺點,並嘗試應用,發現蔬菜硝酸鹽 (小白菜492mg/L),超出其自體螢光檢測極限,且蔬菜萃取液會影響大生熊蟲自體螢光,目前能進行定性分析,後續將分析蔬菜中造成干擾物質,繼續評估其應用性。探討其螢光機制,利用組織切片,探討大生熊蟲自體螢光強度與表皮層厚度在隱生和活動狀態下,是否具有相關性,發現脫水樣本自體螢光強度與螢光面積較活動樣本無差異(p>0.05),推測自體螢光強度會受到其隱生時體表收縮程度有關。

開發腸道菌外膜蛋白質純化方法及以AlphaFold 軟體對應合適製程 Developing purification methods for outer membrane proteins of gut bacteria and matching the optimal purification process by using AlphaFold.

可再現醫療效益之腸道益生菌關鍵分子是重要蛋白質,蛋白質純化極重要但傳統方法費時耗力,導致發展腸道益生菌保健食品的成本很高。本研究取用助於改善糖尿病和血脂異常的腸道益生菌 Akkermansia muciniphila 外膜蛋白Amuc_1100為樣品,先以傳統方法開發純化製程,利用親和性層析和離子交換層析找出純化臺灣本土菌株isolate 02和國際標準菌株BAA-835之條件及其差異,確認純化蛋白質可維持3日穩定。本研究進行AlphaFold 電腦模型預測蛋白質結構並進行蛋白質序列分析,發現蛋白質本身結構和電性不同才導致isolate 02和BAA-835純化製程條件有所差異。本研究提供全新展望,透過人工智慧將蛋白質結構對應到合適製程,大幅減少研發純化條件的時程,完善蛋白質純化方法學,並得到可量產且品質穩定的純化蛋白質。未來將選用其他臺灣本土 Amuc_1100樣品以擴大驗證及建立蛋白質結構與純化製程資料庫。

Mattress Ventilation System

One of the worldwide hidden problems with lack of attention is Bedsores. Simply, These are ulcers, that happen on the areas of the skin that are under pressure while lying on the bed for a prolonged time. This can be infected to anyone in the world. The common group who face these bed sores are..... •Elderly patients, •Spinal cord injury patients, •Stroke patients, •Coma patients, •People who have faced accidents Bed sores develop when the blood supply is cut off for more than 2-3 hours to the skin, (Position changing time depends on the patient's condition) The continuous pressure is the cause for that and also the temperature generated between the skin and the bed surface increases the metabolism of the tissues. When the skin temperature increases by 1°C, the risk of bed sores increases approximately 14 times. So, The skin temperature in the range of 29.4°C to 37.1°C is correlated with the tissue damage score. Not only that shearing and moisture are the other considerable factors for this problem. This infection has 4 stages. Sometimes in the 4th stage of the bed sores can cause death.