全國中小學科展

2025年

以底棲魚生物放大效應探討邊緣海區域性汞汙染Marginal Sea Regional Mercury Pollution Revealed by Biomagnification Effects in Demersal Fish

海洋中有許多重金屬汙染,其中汞元素因為濃度低很容易被忽略,但卻容易經由飲食進入人體,造成嚴重傷害。也因其濃度低不易被測量,現今也少有海洋中汞汙染的完整資料。然而,在生物體中汞濃度會因生物累積及放大作用而較海水的濃度來得高,故本研究利用魚體汞累積速率(MAR)當作追蹤海洋污染之生物指摽,此方法將魚體總汞濃度除以年齡得到的汞累積速率,以去除生長時間的影響因素。 本研究利用習性不常移動之底棲魚種之MAR,分析與生物放大作用相關的掠食階級(Trophic Levels)之相關趨勢,經過篩選,研究分析了31篇過去於大西洋、太平洋及地中海採樣的文獻,將其中資料整理成趨勢圖,比較各區域汙染程度,發現各區的汙染程度呈現差異,同時提供觀測區域海汞汙染的新方法。

心理韌性的個別差異與心流、生理、認知方面之間關聯

由於心理韌性相關研究中,較缺乏以認知能力正常的普通人做為研究對象,因此本研究希望透過了解心理韌性與生理(血液)、認知(神經心理測驗)、心理(心流、憂鬱程度)在普通人之間的關聯,進而增加對韌性的瞭解。透過心理韌性量表BRS、CDRISC及RSA、心流量表FSS、貝克憂鬱量表BDI、神經心理測驗WMS、WAIS與血液檢驗報告,收集各項數據,並利用t檢定及Pearson correlation,找出具顯著關係者:心理韌性與心流成正相關、與飯前血糖濃度成正相關、與憂鬱程度呈負相關,以及與神經心理測驗呈負相關。然而韌性與血糖、認知間的顯著去除年齡因素後便會消失。

金屬多酚配位奈米載體合成與多功能腫瘤治療法開發

本研究結合奈米合成技術與生物醫學, 利用表沒食子兒茶素沒食子酸酯 (Epigallocatechin gallate, EGCG) 作為載體 調控摻雜Cu2+/Cu3+與 Fe2+/Fe3+之含量 並以π-π交互作用力附載缺氧性抗癌藥物替拉扎明 (Tirapazamine, TPZ) 成功製備出多功能金屬多酚配位奈米顆粒簡稱為EFeCuTPZ。 材料經紫外-可見光譜 (UV-vis),、動態光散射 (DLS) 及掃描式電子顯微鏡 (SEM) 確認其粒徑大小、形貌學與穩定性。利用808 nm和671 nm雷射分析其光熱轉換效率 評估光熱療法效果,。在腫瘤微酸性環境下, EFeCuTPZ可利用高濃度之H2O2行芬頓反應 (Fenton Reaction) 產生高活性之氫氧自由基 (•OH), 展現化學動力療法 (Chemo dynamic-therapy, CDT),。同時, 藉由材料中的Cu²⁺與腫瘤環境中的穀胱甘肽 (Glutathione, GSH)反應減少高活性物質 (Reactive oxygen species, ROS) 的消耗 增強CDT之療效。酸性條件下 TPZ顯著釋放 有助於腫瘤治療。 另外, 細胞實驗顯示EFeCuTPZ具有高生物相容性與治療效果, 成功開發出具CDT,、CT及PTT功能之奈米複合材料 為醫學新興藥物材料提供可能性。

Modal frequencies in a nonlinear beam-magnet coupled oscillator system

In this paper, I investigated the motion of a nonlinear coupled oscillator system consisting of two leaf springs secured to a non-magnetic base with magnets attached to the upper ends such they repel and are free to move. My results showed that the system exhibits the beats phenomenon, and interestingly that the frequencies show a dependence on initial conditions. I hence hypothesized this sensitivity is due to two sources of nonlinearities: geometric nonlinearity during large deflections of the leaf springs and the nonlinearity in the magnetic force. To test this hypothesis, a nonlinear mathematical model was developed, accounting for nonlinear beam effects up to third order and fully solving the nonlinear magnetic force using a current cylinder model, accounting for the tilting of the magnets. An approximate linear model was also developed for comparison. The theoretical models were validated experimentally by investigating the dynamic motion of the springs through time, as well as how the modal frequencies in the system depend on the initial displacement, the length of the spring, and the distance between the springs. The more accurate nonlinear model I derived shows good agreement with experimental results while the linear theory does not, highlighting the importance of nonlinearities in this system. An improved understanding of these nonlinear systems could lead to advancements in design and efficiency, and safety in various applications such as energy harvesting.

Design and Simulation of a Honeycomb Sandwich Panel as a Heat-resistant and Durable Construction Material

One of the main factors that contribute to fire incidents and the excessive heat people feel during a heat wave is the building materials used, and one such material that possesses durable and heat-resistant properties is sandwich panels. A possible structure that can be used to model sandwich panels is honeycomb structures; however, further research has yet to be conducted on its applications as a heat-resistant urban construction material. This study aims to design a three-dimensional model of a honeycomb sandwich panel and simulate its performance under different thermal and structural stressors. A 3D model of the honeycomb sandwich panel was generated using Autodesk Fusion 360. Then, multiple versions of the panel were generated with varying heat-resistant core materials—namely, aluminum, nickel, nickel-copper alloy 400, and copper—along with polystyrene as the core material for the control model. The following properties of every panel were assessed using finite element analysis (FEA): static deformation, stress distribution, strain distribution, total heat flux, and thermal gradient. Results showed that when subjected to varying structural loads (2 kN, 5 kN, 7 kN), the nickel-core panel demonstrated the best results in terms of static deformation and strain distribution due to its relatively lower deformation and elongation values, respectively. Meanwhile, under the same structural loads, the aluminum-core panel performed better than other core materials in terms of stress distribution due to it having the relatively highest difference between its simulated von Mises stress and its yield strength. The honeycomb sandwich panels have also shown to possess heat-resistivity when subjected to a thermal load of 90°C, with polystyrene being the most promising material overall in terms of heat-resistance due to its relatively lower heat flux and thermal gradient. The results from this study would contribute to future research on honeycomb sandwich panels and may be used in real-life applications.

基於LLM的互動式口述影像系統

本研究旨在透過LLM 將影片內容轉為口述影像,探討及比較不同影片處理方式、LLM 對於圖片及影片的敘述,串接成一套自動化的口述影像系統。口述影像原本是為視障者製作的,現在本研究調整系統,讓有需求的一般大眾也能有效、容易及快速的了解影片內容。 本研究中的口述影像系統具有以下特點: (一)利用LLM 擅於處理視覺訊息及自然語言的優勢,將影片分為多張圖片,由LLM分別生成敘述後再整合為影片的整體敘述。 (二)運用LLM 會留存對話紀錄的特性,使用者可在系統中針對疑問與LLM進行問答。 (三)串接不同的 LLM,尋找製作口述影像的最佳組合。 藉由LLM 將影片轉換為口述影像,實現互動式的口述影像服務。除了可以滿足視障者的觀影需求,更重要的是當一般民眾沒有時間觀看影片時,也能透過口述影像系統了解影片內容。

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。

The Effects of Background Color on Color Preference 探討不同背景顏色對色彩偏好的影響

色彩偏好影響生活的許多決策,對於背景對色彩偏好的影響,現行兩個色覺理論(對比理論與生態價理論)有不同的解釋,本研究以高中生為對象,旨在探討背景對色彩偏好影響與支持理論,並提出運用方向。 之前色彩定量方式缺乏對敏感度與視錐細胞的考量,本研究發展以中性灰為基礎對不同色彩的定量方法,並以此進行色彩偏好測試。實驗結果發現:顏色偏好會受到背景影響(支持對比理論),背景對各色彩具不同影響力,偏黃偏綠顏色受背景影響較大;綠色與藍色背景提升偏黃與偏綠之顏色偏好而紅色背景則會下降(支持生態價理論),背景亮度不影響顏色偏好。期望研究結果有助於青少年環境與產品設計配色參考,並對未來背景影響顏色的神經機制研究提供基礎。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究 The Study of optical properties and stress analyzing of flexible diffraction grating

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中。然而,傳統光柵彈性較差且硬度較高,限制了其應用範圍。本研究利用具有高彈性和易形變特性的 PDMS 作為柔性光柵的材料,對不同厚度和彎曲程度的光柵進行一系列測試。為了探討厚度和彎曲曲率對繞射效果的影響,進行了不同厚度柔性光柵的繞射點分析實驗。實驗結果顯示,增加柔性光柵的厚度會提升其彎曲時第一亮紋的變化率;相反,減少厚度則會降低該變化率。隨後的研究進一步探討不同施力方式是否會影響柔性光柵的分光效果。通過拉伸和壓縮光柵,發現拉伸會使光柵的軌距變大,而壓縮則會使軌距變小。此外,研究還探討了利用 PDMS 複製類似光柵的結構是否具有分光效果。實驗結果顯示,複製的指紋確實展現了類似特性,期望未來能夠將這些特性實際應用於相關領域。

基於高效可更新神經網絡的西洋棋人工智慧應用於嵌入式對弈棋盤

本研究以西洋棋為切入點,採用磁簧開關陣列來偵測棋子位置,並在設計中加入二極體以防止Ghosting效應,進而開發出一款以Arduino Uno開發板為基礎的智慧對弈棋盤。棋盤底部配備RGB LED燈,以便為使用者提供落子提示,並根據不同的落子類型呈現不同的燈光效果。 我們成功地透過簡潔的設計與高效的運算性能,實現了一個能夠識別棋手落子的智慧對弈棋盤,並能根據國際西洋棋規則提供正確的移動提示,讓完全沒有基礎的初學者也能在遊戲中學習並掌握西洋棋的所有規則。此外,我們還引入了基於Minimax演算法的輕量化AI和基於高效可更新神經網絡(NNUE)AI,並探討兩者之間的性能差異,從而使該智慧棋盤在節省運算資源的同時,可以在不連接電腦的前提下,具備一定的棋力,以支持棋手的技能提升與訓練。