全國中小學科展

2025年

以深度學習進行籃球慣用動作分析

本研究聚焦於籃球員的慣用動作分析,透過深度學習技術開發了一套籃球動作分析系統,旨在準確分析籃球員在籃球運動中的個人動作特徵來進行動作辨識。我們透過自行蒐集籃球動作的影片,並使用MMAction2這個資源庫來進行動作辨識模型的訓練,將訓練好的動作辨識模型用開發慣用動作分析系統。系統流程首先使用滑動視窗(Sliding Window)的機制將即時拍攝的影像變成有序列的連續影像片段,再即時傳送至進攻動作辨識的深度學習模型中,來辨識出連續影像片段中的動作序列屬於何種特定動作,藉此將多個連續影像片段中的動作序列各自轉換為單一動作單元並依次輸出。最終,系統基於前述單一動作資料進行綜合分析,以統計使用者的籃球慣用動作。此分析系統能為籃球愛好者提供清晰的動作偏好資料,具有提升訓練成效的潛力,同時為籃球技術分析與訓練提供了一個精確的數據分析工具。

Electrical Characterization of MoS2 Field-Effect Transistors at Cryogenic Temperatures

隨著矽基電晶體逐漸微縮,其元件效能將接近其物理極限,二硫化鉬 (MoS2) 等二維材料藉著其獨特的特性(如寬的能隙、高電流開關比及優異的載子遷移率等),可作爲矽的替代材料用於未來的電子科技應用。本研究旨在製造MoS₂ 的場效電晶體並研究元件之低溫特性。我們成功利用機械剝離法製備並轉移二維 MoS2薄膜至二氧化矽/矽基板上,並且製造MoS₂ 場效電晶體,並量測其室溫(300 K)至極低溫(~ 4 K)的電流特性,元件在此溫度範圍中具有優異的特性,能有效地調控電流調控,表現出良好的下閘極控制能力,同時具有低次臨界擺幅及高電流開關比(~ 106)。在極低的溫度(4 K)下,該電晶體仍能保持良好的運作,顯示出MoS₂應用於低功耗且高元件效能的低溫電子元件的潛力。

方格裡的秘密—隨機分布的機率探討

本文研究了一個信息完全公開的組合遊戲,探討當一群人被完全隨機的分配到模型裡時,其初始位置與特定位置所形成的包圍關係,並探討最佳的人力分配。本研究通過座標解析與不等關係的代數運算等方法,成功找出獲勝條件對於遊戲雙方的限制,並進一步解決問題。在研究的過程中,也將結論擴展到不同模型,探討不同模型對於遊戲造成的影響,並比較其結論有何區別。

Eradicating Cystic Fibrosis Biofilms by a Novel Non-Toxic, Multi-Pathway Salicylate Therapy

1.1. Cystic Fibrosis Biofilms Biofilms are bacterial aggregates in a matrix of polysaccharides, proteins and nucleic acids (Donlan, 2002). They account for 80% of all chronic infections and cause over 500,000 deaths annually. Cystic fibrosis (CF) is a genetic disorder characterized by mucus accumulation in the respiratory tracts (Morrison et al., 2020). This impairs mucociliary clearance, allowing chronic colonization by bacterial biofilms, leading to fatal respiratory failure, lung scarring, and necrosis of pulmonary epithelial tissues (Martin et al., 2021). 1.2. Obstacles in Current Treatments Three major therapies are used against CF biofilms: (1) aminoglycoside antibiotics like tobramycin, (2)non-aminoglycoside antibiotics such as ciprofloxacin and vancomycin, and (3) non-antibiotic therapies including flushing, chlorination, and ultraviolet disinfection. These have two major flaws. First, they are cytotoxic; 30% of patients experience acute kidney injury after three days of intravenous aminoglycoside therapy (Joyce et al., 2017). Furthermore, non-aminoglycoside therapies can cause phospholipid buildup in lysosomes of proximal tubule epithelial cells, accounting for 10-20% of acute renal failure cases. Second, antibiotic resistance due to horizontal gene transfer and mutations has significantly reduced treatment effectiveness. Therefore, cystic fibrosis biofilms remain a critical threat with few effective treatments. 1.3. Salicylate Derivatives This project tackled this issue using an innovative non-antibiotic approach with salicylate derivatives. Salicylates, a class of benzoic acids—benzene-based carboxylic acids (Figure 1)—used in painkillers and blood thinners, were investigated for their antibiofilm potential through a 3-step process: 1. Literature review: Identified three key biofilm therapeutic targets: quorum sensing, bacterial adhesion, and cell motility. Disrupting these pathways would result in biofilm eradication. 2. Molecule Identification: Recognized key molecules in each pathway: LasR, adhesins, and flagellin. Inhibiting these molecules would disrupt the pathways. 3. Screening: Found that salicylates could inhibit the identified molecules, though they had never been tested against cystic fibrosis biofilms.

觀音山火山熔岩與其礦物比例研究 A Study on the Mineral Ratios of Guanyinshan Volcanic Rock

透過親手磨製岩石薄片及礦物比例數據,探討觀音火山熔岩的差異與其差異原因。根據前人研究得知,觀音山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩。比對地質圖,尋找各層出露地點共17處,進行田野調查、空拍記錄及樣本採集,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,符合鮑氏反應序列。從橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩。 並依據新的田野調查資料,修正觀音山的地質圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型,以瞭解對地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育之參考。

平面及空間中直線循環的矩陣變換

此份研究主要探討:給定一組平面中或空間中的n條直線L1、L2、…、Ln,就這n條直線的相對位置、交點情形及n,判斷是否存在矩陣變換T使得Lk可經由矩陣A映射到Lk+1,其中k=1,2,…,n且Ln+1=L1,並討論矩陣的唯一性與求出矩陣的一般模樣。

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。

探討輪胎的摩擦係數與各物理量間的交互關係

本研究旨在探討單車輪胎摩擦係數與各物理量之間的交互關係。由於摩擦係數的公式在多年以來備受許多質疑,我們決定透過實驗深入探討影響摩擦係數的各種物理量(如:接觸面積、正向力…等)是否有實質關聯。研究方法採用實徵研究進行試驗,調整輪胎胎壓並測量各狀態下的摩擦力、正向力和接觸面積,對不同胎壓下的摩擦力變化量與胎溫上升量進行比較,藉此驗證摩擦係數與胎壓、接觸面積間的非線性關係,找出單車輪胎的摩擦圓(friction circle),並將實驗值與理論值進行一系列的比對。研究結果發現:隨著胎壓增加,輪胎的接觸面積減小,摩擦力會隨之減少,輪胎升溫量也著減少。此外,透過數值模擬和自製轉動儀器實驗分析並比較側向、切向摩擦力與摩擦係數的各項關聯性。總的來說,做好適當胎壓的調整對行駛的穩定和安全性具有直接影響,據此提供更多生活應用的良方。

運用機器學習強化探測重力波訊號

本研究欲利用機器學習演算法,透過觀察重力波訊號來判斷黑洞融合訊號的時間。本研究 的數據來源於雷射干涉引力波天文台的開放資料庫,我從中獲取最被廣為認定的64筆原始數據,並生成具有不同黑洞質量與不同訊噪比的模擬信號。我將模擬信號與不同噪聲混合 後,進行強度調整、Q轉換和資料白化等數據處理,並提取資料的統計量,將其用於訓練三種決策樹演算法和兩種迴歸演算法中。最終研究結果顯示,決策樹演算法的判斷能力優於迴歸演算法,以及指出強度差值的標準差是最關鍵的特徵,重要性達全體特徵的27%。 我們的模型在重力波訊號判斷上表現出較高的效率,並成功降低了模型的複雜度,使其更適合實際應用。

平面及空間中直線循環的矩陣變換

此份研究主要探討:給定一組平面中或空間中的n條直線L1、L2、…、Ln,就這n條直線的相對位置、交點情形及n,判斷是否存在矩陣變換T使得Lk可經由矩陣A映射到Lk+1,其中k=1,2,…,n且Ln+1=L1,並討論矩陣的唯一性與求出矩陣的一般模樣。