全國中小學科展

2025年

線蟲土壤食物網監測模式建立與功能性調節 The Establishment of Nematode Food Web Monitoring Model and Regulation of Soil Functions

為了永續利用土壤生態系服務,本研究分析線蟲族群變化監測土壤食物網,探討線蟲食物網與土壤養分調節相關性,實踐 SDGs中第 2項消除飢餓與第15項陸域生態。首先使用文獻分析法,建構模式觀察線蟲功能群演替,監測線蟲食物網組成評估土壤生態系服務,改善與結合過去僅探討環境干擾方式。觀察線蟲對土壤養分影響,結果顯示線蟲功能群多樣性、族群增長與交互作用 (資源重疊與演替等)可能提升土壤無機氮;不過推測因族群交互作用減弱或微生物過度被捕食,氨化能力在食物網發展初期(六週提升 37%)與後期 (六週僅提升16%)不同,需探討如何延續其氨化能力。將結合植物生長觀察線蟲食物網對植物影響。期望未來新模式進一步評估與標準化,用於監測土壤線蟲食物網組成並調節土壤,在農業管理與生態復育方面做出貢獻,為土壤永續利用提出新的可能。

鈦錳啦!藍「解」「除」橘!──探討MnO2及TiO2對亞甲藍及甲基橙的去除效果

本研究利用合成不同形狀TiO2/MnO2/ZnO,藉由改變接觸面積進而提升染料去除率。在初實驗中將9 種金屬氧化物與甲基橙/亞甲藍/甲基紫反應,發現TiO2-甲基橙與MnO2-亞甲藍之組合有較好的去除能力。在改變反應溫度的實驗中,TiO2-甲基橙之去除率隨著溫度上升而降低,當中以25℃ 海膽形表現最佳,而在MnO2-亞甲藍的反應中,則以海膽形在25℃時表現最佳。最後改變染料溶液的pH 值,發現TiO2 海膽形在pH5.7 時表現較佳,MnO2 則是在低pH 時有較高的去除率,推測該結果與顆粒零電荷點及染料pKa 值相關。透過BET 與PL分析,TiO2 海膽形及MnO2 海膽形有較佳的比表面積與氧化能力,故整體去除效果最佳。此外本實驗亦利用LC-MS 驗證反應的確成功分解染料,且利用模式生物試驗證實處理後之溶液對生物毒性明顯降低。

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。

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。

以農電共生方式提升台灣太陽能總發電量

台灣現行的「毀農式種電」政策犧牲農地以增進太陽能發電,導致農業用地縮減、農民收入減少,能源需求與農業發展間產生衝突。我們參考日本成功的農電共生模式,提出一種可滑動的太陽能發電系統,利用Arduino控制太陽能板的開合,兼顧農地種植與發電效能。此系統結合植物光合作用原理,特別適合種植半日照作物或具有光合午休特性的植物。當植物進行光合午休時,太陽能板滑動展開以提高發電量;在強光高溫時段,太陽能板則可遮蔽陽光,避免植物葉片受損。此方案不僅能恢復「毀農式種電」土地的種植功能,也讓農民獲得穩定收入,實現農業與綠能發展的平衡。這套模型提供具體且可行的解決方案,期望在提升台灣總發電量的同時,達成淨零減碳目標,並促進農業的永續發展。

探討手性有機硒催化劑合成與性質

研究指出⼿性有機硫催化劑能催化反應合成出⾼立體選擇性的產物,並有相關的研究指出以同族的硒取代⽽成的催化劑也有類似的性質,我們好奇兩者之間催化能⼒的差異處。本研究探討⼿性有機硒催化劑THSeOBn的合成,並將其應用催化形成氮環丙烷化物及環氧化物以探討其性質。本研究發現相較⼿性有機硫催化劑THTOBn催化,其催化形成氮環丙烷反應的dr 值及反應速率皆有顯著的上升,但其催化形成環氧化物的反應儘管反應速率有上升,但是dr值卻下降。最後本研究提出了關於THSeOBn催化形成氮環丙烷及環氧化物的反應機構。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論利用1、2、3 個圓去覆蓋三角形,並分銳角、直角、鈍角三角形做分類,有完整的結果。並且在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律,並連結「雙曲函數」與覆蓋圓面積和之間的關係。 最後,我們研究覆蓋圓面積和與三角形面積的比值及其最小值,並討論覆蓋圓圓心之連心線的相關性質。

以水代法將廢棄鰻魚骨製成營養食品添加物的永續解方

本研究採用創新設計的「水代法」處理養殖鰻魚加工後廢棄魚骨,成功解決過往鰻魚骨含油量高,無法利用而丟棄的環保問題,使生物資源得到充分利用。透過「低溫烘乾前處理」製成的鰻魚骨粉香氣與口感俱佳,適合作為食品添加物。 水代法是將鰻魚骨在90℃水溫、粉水比1:3狀態,藉由攪拌、壓榨去油,不僅保留營養成分(蛋白質、鈣質、磷質),同時降低高達90%的脂肪含量。水代產生的處理液可進一步開發為胺基酸萃取物和鰻魚油,創造多元的商業價值。「食鹽水浸泡處理」取代較不環保的「強鹼處理」製作鰻骨鈣粉,可有效減少環境負擔。本研究製程簡便且低耗能、低耗水,可降低成本,顯著提升產業競爭力和環境效益。

Analyzing Glucose Metabolism Connectivity in Huntington's Disease Using Dynamic Glucose-Enhanced MRI in zQ175 and R6/2 KI Mouse Models

亨丁頓舞蹈症為與認知功能障礙密切相關的神經退行性疾病。本研究首次應用動態葡萄糖強化磁振造影(DGE MRI)以了解葡萄糖代謝作為亨丁頓舞蹈症神經影像生物標記的可行性,以分析大腦中不同區域之間的代謝關係。 本研究對腦區間葡萄糖代謝關聯性進行分析,並針對訊號進行自動化分群,觀察特定訊號樣態之特徵。於zQ175 KI和R6/2 KI小鼠中不同的連接性變化模式中,發現紋狀體和齒狀回之間葡萄糖代謝連接性具顯著變化,與已知病理一致,顯示DGE MRI作為臨床生物標記之潛力,以利及時診斷和監測該疾病。 這項開創性的研究探索了使用DGE MRI作為亨丁頓舞蹈症影像標記可行性,並詳細分析腦區間葡萄糖代謝相關性,不僅進一步對該疾病之病理更加深入了解,同時提高早期診斷、疾病監測和精準醫療應用發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

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。