全國中小學科展

第55屆--民國104年

助行步態分析與輔行設備改良

科技的主要目的是在改善人類及各種生物之生活。本研究的目的即是建立助行步態的分析,並發展可控式輔行設備,藉著此一智慧化輔具,改善長者或傷患的行動能力,使其不畏於行走,並對其復健、社交生活有所助益。 該可控式輔行設備使用磁流變液煞車器以即時提供最佳阻力,控制輔行設備速度。輔行設備上亦設計有力量感測器、傾角計、轉速計,可以感測使用者的行為,提供適當的信號以隨時調整輔行設備之阻力。研究中對長者步態進行量測與分析,建立各感測值與步態行為之關聯性,並找出關鍵變數來預測步態,依此建立輔行設備的控制邏輯。藉由整合煞車器、感測器與控制邏輯和人機界面,建立可控式輔行設備,大幅提高使用者之安全性與便利性。

帥哥美女看過來,美白防曬靠這台!!太陽能晶片用於紫外線強度偵測之可行性研究

為了開發以太陽能晶片做為感知器的紫外線即時監控自動防護系統,我們研究了兩種太陽能晶片發現,使用多晶矽Multicrystalline)型太陽能晶片即可利用太陽輻射強度與紫外線強度強烈的相關性達成紫外線偵測的目的。 若使用III-V族三接面太陽能電池(GaInP/GaAs/Ge)特有之物理特性,磷化銦鎵(GaInP)吸光層更可針對太陽光譜中紫外線成分(波長<400 nm)作偵測。實驗證實電池之電流輸出將受限於磷化銦鎵(GaInP)吸光層。利用上述太陽能晶片特有之物理特性,配合簡單電流檢知電路設計,即可設計出即時偵測太陽光譜中紫外線強弱的裝置。 本裝置另外加入以紫外線強度作為參數控制的伺服馬達,可以自動啟閉遮陽罩,以達成即時偵測紫外線,與室內紫外線防護自動化的目的。

絲路之旅

採集的原始蜘蛛絲在拉伸過程中,其拉力強度並非保持一定,而是在剛開始的時候達到最大值,之後就快速的下降,直到後段才逐漸呈現穩定的拉力,而表現的特色主要是延展性,只有達到高應變情況下,才轉變成為以彈性特色為主,但超過24.5%應變之後,絲線就開始被破壞。將絲線經過加熱或溶劑浸泡處理,將降低延展性及增加彈性特徵,且於低應變時就會表現出來,但同時也可能會將破壞點降至較低應變量。蜘蛛原絲或經過處理的絲線,最高的彈性量約在7.5~12%範圍。

撲朔迷「離」-離岸流模擬觀察與離岸流警報器設計之研究

本研究企圖透過自製的造浪機探討離岸流的形成並依此建立離岸流警報器。結果發現:1. 離岸流效應多形成在凹岸,也受到海底地形的影響,透過自製造浪機就可觀察到海水由兩側匯集中央形成離岸流效應的特殊現象。2. 海浪達到弧形凹岸時,海浪的能量大小是關鍵。如果坡度小、海浪大、海水離凹岸地形較近,這些都將使得形成離岸流效應的機會提高。3. 凹岸的彎曲度較小或夾角角度在120度,形成離岸流效應會變大。4.本研究設計三個無須電源離岸流警報器。建議將其設置在坡度小、凹岸的彎曲度較小或夾角角度在120度、海水離凹岸地形較近等易形成離岸流地形,當海水流速達到臨界值時會提供警告標幟或聲響警示。

神奇的穿越術

本研究透過實測,找出實心圓穿越空心圓張開的最大值,並歸納出比值,再利用畢氏定理將此通則發展成公式。藉由空心圓直徑與空心圓張開最大值的比值所發展出的公式,預測實心圓可以穿越的最小空心圓直徑,並將本研究發現的公式應用在日常生活中,例如:撲滿、收納袋、收納箱等。

來自平方的九

延續研究從101開始到10000的數,把數據加廣,探討1到10000之間的數是否有其他變化 的可能性,或是否有其它不同的新發現。先將其每一個數平方之後,再連續做其數的「平方 的和」以及「和的平方」,經過繁複的計算過程後可推論出每個數的「平方的和」以及「和 的平方」,計算結果都會歸到某一個數值;有些數值彼此之間也具有某些規律性。

人參與紫外線的對決

本次研究主要在比較經不同種類人參(紅參、花旗參、東洋參)培養後的酵母菌(真菌)牙斑菌(細菌)對紫外線的抗性。此次研究分別採用天然紅參、花旗參、東洋為研究對象,加熱至110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃,取相同體積添加於酵母菌菌液與牙斑菌菌液,於30℃震盪恆溫培養箱中培養2天,塗菌液於固態培養基上,置於32℃培養箱中照射紫外線,照射時間分別為10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30分鐘。實驗結果發現,加熱溫度在120℃~125℃時,經人參(紅參、花旗參、東洋參)培養後的酵母菌(真菌)牙斑菌(細菌)對紫外線的抗性均明顯提升。

滾出愛意-旋輪線性質的探討

網路上提及旋輪線的性質許多都與物理相關,較少有數學方面的深入探討。我們先利用繪圖軟體試著繪製出旋輪線,然後以旋輪線的基本性質為出發點,進一步拓展到外旋輪線及內旋輪線,探討它們之間的相互關係,並試著找出各種不同變形間的規律與性質。

「銅」「鋅」協力

追本溯源找到伏打當時發明出的伏打電池,我們開始就追尋研究伏打電池之旅,一一找出水溶液導電的答案,伏打電池具有環保、省電節能又減碳的特性。因此我們使用常見的飲料進行研究,實驗變因有不同水溶液(電解質)、不同材質的金屬片、不同材質的鹽橋、不同排列的組合層疊,都可能影響電池電壓的因素,進而發現不同的金屬和鹽橋層疊而產生的「電位差」而有不同的電壓和電阻,特別的是我們發現堆疊的【鋅+不織布(食用醋)+銅幣】層數越高,產生的電壓就越高,但是堆疊到一定的層組數後電壓會開始下降,所以堆疊層組數越高,電壓不一定會越高,有一定層組數的限制;同時發現每組電池的續電力,也會隨著鹽橋的溼潤度減少而持續下降。

異物插入輪胎先行預警系統

因爆胎所造成的車禍次數頻繁,民國104年交通部規定胎壓偵測器列為基本配備,我們製作的警告裝置,以提高胎壓偵測器的靈敏度,為了減少因爆胎所造的車禍意外發生,特別設計一套金屬探測器警告裝置,將此感應器裝置在擋泥板上,以提醒行車駕駛在行駛時如聽到警訊聲,應立即靠邊停,檢查輪胎概況,以免發生車禍〈爆胎〉。金屬探測器警告裝置可以改善市售的胎壓偵測器,因為胎壓偵測器是胎壓低於定值才會警告行車駕駛,有些情況釘子刺到輪胎並不會馬上漏氣,沒有做處理車輛繼續行駛才會漏氣,但本作品之警告裝置是輪胎一有異物刺入,金屬探測器會在一秒左右發出警訊聲,在釘子還未完全插入輪胎之前可以做適當的處理,提高行車安全。