全國中小學科展

2025年

開發影像辨識系統應用於離岸流偵測預警

離岸流是海灘安全的重大隱患,台灣有30處海岸經衛星拍攝到離岸流。其發生時間和地點不定,且會迅速將人帶離岸邊,最遠約100公尺。民眾常因掙扎而體力不支,導致溺斃。為減少此類事故,本研究開發了一套離岸流偵測預警系統,構建出準確度超過95%的辨識模型。 因台灣無離岸流圖庫,本研究除國外圖庫,也加入台灣GoOcean等平台的即時影像,以貼合台灣實際狀況。經影像前處理後,共約四萬張圖片和五十部影片用於訓練YOLO v8模型。當偵測到離岸流,即時透過Discord發送警報至救難中心。我們也加入人形辨識功能,若系統同時偵測到人與離岸流,則加強警戒等級,從而提升救援效率。 完成離岸流辨識系統後,我們著手開發預警功能。將辨識模型應用於各地監視器,蒐集更多離岸流資料,再先後使用YOLO v8和Transformer提取生成特徵,預測其發生,以達成預警的功能。

藥命時刻---天然環境農藥降解與大範圍消除方法研究與討論 Time for No Pesticide on My Plate : Research and discussion on methods for degradation and large-scale elimination of pesticides in natural environment

本實驗研究常見除草劑「固殺草」的降解與檢驗,同時利用各種物質與方法嘗試消除農藥,並尋找消除農藥「固殺草」的最佳方法。 本研究發現:藉由產生「親核取代反應」(Nucleophilic substitution) 能有較佳的消除農藥效果,並且當環境物質含有越多量的胺基酸與維生素時,其消除農藥效果也越好。 根據實驗結果,我們利用環境中易取得的物質,自製簡單、便宜的農藥消除劑,用來協助農民與一般民眾消除農作物上殘存的農藥,並根據實驗結果可以在極短時間內去除99%以上的農藥殘留,期望幫助民眾遠離農藥的毒害。

Measuring the large nonlinear refractive index of pigment from avocado leaves by a laser pointer

本研究報告,從酪梨葉利用柱層分析技術萃取出葉綠素-a、葉綠素-b以及類胡蘿蔔素,用來研究其物理性質以及測量非線性折射率(n2)。 當雷射光束照射在置於比色管中的樣本時,中央軸上的強度最高,導致溶液產生了溫度梯度和折射率梯度。雷射光束穿過溶液後,在屏幕上產生了遠場繞射圖樣。這些繞射圖樣的最大半徑(Rm)和暗條紋的數目(N)隨雷射光的功率(P)、光徑長度 (𝓵)、溶液的熱吸收係數(μ)和溶劑的熱光係數(dn/dT)變化。從N對𝓵和N對P的關係圖中,可以計算出溶液的n2。 在本研究中,從酪梨葉中萃取的色素濃度分別是從菠菜和朱槿葉中萃取色素濃度的4.0倍和3.1倍。更令人驚訝的是測得的n₂ 值比石墨烯大100倍。結果顯示,該樣品具有顯著的非線性折射率,使其成為各種光學開關應用的理想材料。

探究螢光單體分子對激發複合體發光性質的影響及其應用

本研究設計與合成一系列的電子供體分子,以研究分子單體的化學結構對於所形成的激發複合體光物理性質的影響。 五個所設計的供體分子已被成功的合成並確定均具有分子內電子轉移的性質 其躍遷偶級距變化分布範圍在17.6-28.6D之間。 將此五個供體分子分別與兩種電子受體分子在溶液聚集在一起,利用在長波長處所新生的螢光發光,推測激發複合體的形成。研究的成果並顯示,具有類似三角形結構的供體分子將更容易形成激發複合體,而具有棒狀結構的分子則較不易形成之。此成果有效的提供有關於單體分子結構的設計對於所需激發複合體光物理性質的影響,形成可快速地提供各式不同發光波長的材料,將可作為在發光二極體發光層材料、螢光感測器、生物成像等領域需求時的分子設計藍圖與指引。

探討可調式聲波梯度透鏡受高強度雷射光穿透後的熱效應

由於符合活體研究、解析度、穿透深度等需求,加上螢光技術,使光學方法成為追蹤單一腦神經工作情形較合適的方式。其中重要元件 TAGlens (可調式聲學梯度折射透鏡)的透鏡(目前 z 軸焦距變動最快的透鏡裝置),透過焦距快速變動達到快速掃描。不過 TAGlens 在高強度雷射穿透下,焦距變化範圍會產生改變,我們稱之 TAGlens 的熱效應。 本研究即研究 TAGlens 的熱效應,使用不同研究方法以量化並分析,其中利用體積影像中螢光球軌跡變化的方法,明顯呈現了 TAGlens 熱效應的變化,我們發現入射雷射功率越大,會使 TAGlens 的焦距平衡點越遠,焦距變化範圍越小。未來可望校正 TAGlens 因熱效應造成的數據誤差。

宜蘭地區風場與地形交互作用下的雨量分析

本研究利用中央氣象署2003年至2022年在宜蘭地區的地面測站雨量及風場觀測資料,分別在蘭陽溪以北與以南的平原與山區各選取十個測站進行分析,再輔以宜蘭降雨觀測計畫所提供的探空斜溫圖,探討宜蘭地區三維風場及因特殊地形作用所產生的雨量分布及變化。研究結果顯示:宜蘭地區的降雨量多寡與降雨特性分成五區,分別是中央山脈迎風面(4000~5000mm)>雪山山脈山區(約3500mm)>平原內部(2500~3200mm)>中央山脈背風側(約2700mm)>無地形作用(約1200mm)。其中中央山脈迎風地區年雨量逐年上升,背風面雨量逐年下降。另大尺度的東北季風進入宜蘭平原,與地形交互作用產生繞流西風再與低層東北季風產生輻合舉升作用,常造成了宜蘭地區冬季劇烈降雨事件。

影像辨識 在 智慧運輸系統 的應用 自動跟隨

本研究旨在開發一款能自動跟隨人的AI智慧運輸車,應用在 醫院、商場等環境,能減輕工作人員的負擔。本系統融合YOLOv8影像辨識技術和物聯網,使運輸車具備跟隨人體的能力。該系統通過物聯網,將車上攝影機接收的影像傳送至電腦,進行即時運算,不必在車上配備高階的微型電腦或GPU以降低成本。使用YOLOv8模型辨識人體與手勢,以arduino ESP32開發板作為主控單元控制減速馬達,使運輸車能自動跟隨人員。本研究不像傳統自動導引車(AGV),因為依賴固定路徑,而無法用在多變的場景,且不適合與人協同工作。將本系統應用於醫療院所或零售業商場等 ,經常出現 變障礙物的場所時,能與人員配合執行任務,例如當作病人的點滴架、輔助護理師工作的醫務車,以及賣場中協助工作人員上貨的籠車,能有效降低勞力負擔。

探討粒線體蛋白質GATD3A的結構、功能以及去糖化機制

GATD3A 是粒線體中的蛋白質,被推測可能具有「去糖化」的能力,能移除AGEs。糖尿病、帕金森氏症、阿茲海默症皆與人體中過高濃度的AGEs有關,因此GATD3A具有相當高的研究價值。 本研究探索GATD3A(麩醯胺酸轉移酶樣1 類結構域 3A),經基因合成與蛋白表現後,大量製備蛋白質並探討其結構與功能。目前已得到蛋白質最佳製備環境、成功培養出蛋白質晶體,進行了結構分析,了解其結構、保守性、親水性及電性等,對於酵素適合反應的溫度、pH值也有初步了解。未來也會利用酵素動力學計算酵素活性、並製備糖化蛋白質,進行去糖化測試,探討 GATD3A 是否具有臨床運用於糖尿病患者之糖化血紅素去糖化的可能性。

麩醯胺酸誘導阿拉伯芥的受體表現

自然界中,植物以NO₃⁻和NH4+作為主要氮源,在吸收後轉化為麩胺酸(Glu)和麩醯胺酸(Gln)作為第一產物進行基本生理反應,在我們實驗室先前的研究中,發現Gln會誘導阿拉伯芥側根生長、壓力反應和抗病性,所以提出了一種假說「細胞外的Gln是營養氮源,也是一種“危險訊號”」,藉由可能存在的Gln的受體表現。目前我進行了其中三組受體的測試,分別是wall-associated kinase2(WAK2)、wall-associated kinase3(WAK3)和EF-Tu受體(EFR),WAK家族是穩定細胞壁果膠的受體激酶,然而我們實驗中發現WAK3在wak3 muntant的表現是不穩定的。EFR為接收EF-Tu(elongation factor thermal unstable)的模式辨識受體(PRR),參與活化植物防禦及PAMP-triggered immunity (PTI),efr muntant在Gln的誘導下表現了防禦相關基因與水楊酸生成之相關基因。本研究將有助於深入理解Gln在植物防禦和側根生長中的功能及其調控機制,並為未來的作物改良和病害防治提供理論基礎。

Investigating the Effects of Temperature and Carbon Dioxide Levels on Nannochloropsis oceanica Using a Hemocytometer Counting Method

Climate changes that include ocean acidification and global warming are serious problems in the ecosystem, affecting marine phytoplankton, including Nannochloropsis oceanica. In the effort to further explore the impact of rising temperature and carbon dioxide (CO₂) concentrations on oceanic ecosystems, the phytoplankton Nannochloropsis oceanica was used as a model organism. This study explored the effect of temperature change and CO₂ concentration on the growth of Nannochloropsis oceanica, achieving 243 samples that were tested with three different temperatures (24 degrees Celsius (°C), 28°C, 32°C) and CO₂ concentrations (0 milliliter (ml)/min, 0.4 ml/min, 0.6 ml/min), utilizing a hemocytometer counting method. Results indicate that the CO₂ concentration has a significant effect on the population of Nannochloropsis oceanica. But the temperature doesn't affect a lot. The Nannochloropsis oceanica in the lowest temperature and highest concentration of CO₂ in its environment had the highest population growth, and in the highest temperature and lowest concentration of CO₂, it had the lowest population growth. Results show the serious negative effect of climate change on the cosystem and the importance of environmental protection. Population blooms due to excess CO₂ taking up ocean resources causing dangerous ecological imbalances.