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第56屆--民國105年

「油」「乳」交融,「界面」俱到-牛奶、油漬大作戰

本實驗相關的課程為三年級自然課程「溶解」、四年級的「燈泡亮了」與五年級「水溶液的性質」。資料中發現,牛奶本身也是「界面活性劑」,我們從研究製作乳液、沙拉、牛奶和豆漿與油乳化的原理後,找資料並以牛奶為主的「天然乳化劑」進行界面性質研究。結果發現:(一)隨著樣本濃度增加,有表面張力降低、起泡性增加、導電度上升,分散能力、乳化能力也隨之上升。(二)由顯微鏡觀察,我們確實發現牛奶有界面活性劑的微胞現象。(三)為了提升去除油污的能力,我們在鮮奶中混合了果汁、果泥清洗樣本,發現比單獨使用鮮奶或果泥時要來得有效,也發現對皮革製品有相當好的清潔效果。因此若能善用這些天然的乳化劑,取代石化清潔劑並非不可能的事。

AI人工智慧與樂高積木之結合與應用

Tic tac toe (井字棋)是大家童年時期常玩的小遊戲,本研究希望能以人工智慧的概念編寫出能在遊戲中立於不敗之地的程式,並將程式寫入LEGO EV3主機,利用LEGO積木打造出一台能與人對下井字棋的機器人。在研究的過程中先將井字棋遊戲可能出現的棋路一一列出,再從中找出中最適合的應對棋路,並在遊戲過程中利用顏色辨識零件去偵測對手下棋的位置。經過測試,它的確能夠在遊戲過程中立於不敗之地。未來希望能針對更加複雜的賽局,例如象棋、五子棋或4*4、5*5的方格等,設計出能從人手中輕易取勝的機器人。

彩虹晶球-鳳梨珍珠之研發

首先,本研究利用食醋及蛋殼為原料,萃取出天然的鈣離子溶液,以更天然的鈣源來取代化學合成的鈣源,一樣可製作出晶瑩剔透的晶球。經實驗證明,滴管頭之口徑會影響晶球粒徑之大小;而滴管頭距離液面之高度會影響晶球之形狀。在浸漬時間固定之條件下,調整鈣溶液的濃度,可控制晶球凝膠率及物性;而在鈣溶液濃度固定之條件下,調整浸漬時間,可控制晶球凝膠率及物性。鳳梨果漿鈣之含量很低,經加工製作成鳳梨珍珠,其鈣之含量會明顯升高,進而影響消費者之喜好性,受試者對浸漬鈣溶液30分鐘的鳳梨珍珠,則較明顯的喜好性。最後,我們應用自行設計組裝完成的自動化機械,以當季蔬果為原料,皆可順利製作成彩虹晶球般的蔬果珍珠。

埋伏的殺手──陸生渦蟲掠食與捕蚯行為

本研究中的五種渦蟲皆由校園花圃發現,藉由外型特徵與國內外論文比對,發現其中兩種為廣頭地渦蟲 Bipalium kewense Moseley, 1878及 Bipalium vagum Jones & Sterrer, 2005;兩種為雙眼地渦蟲科 Rhynchodemidae sp.1及 Rhynchodemidae sp.2;一種為多眼地渦蟲科 Platydemus manokwari De Beauchamp, 1963,其中Rhynchodemidae sp.2為未發表的新種。 國內外論文對於渦蟲攝食獵物行為尚無定論,而我們發現本研究中的Rhynchodemidae sp.2和Bipalium kewense皆為主食為蚯蚓的掠食性動物。我們設計實驗證實Bipalium kewense在掠食中居有追蹤、捕食的主動地位,也證實Rhynchodemidae sp.2在捕食的過程中,以埋伏追擊掠食蚯蚓。並進一步以實驗證明Rhynchodemidae sp.2的黏液對於蚯蚓有降低其活動力和損害蚯蚓肌肉纖維的作用。此結果可以說明Rhynchodemidae sp.2儘管不主動追擊獵物且體型較小,仍能順利掠食蚯蚓。

屹立不搖-以積木模型模擬建築物探討地震S波的影響

本實驗目的在探討哪種建築結構可得到最佳的抗震效果,我們下載軟體(AccelView)測量地震時的加速度大小,自製滑車及橡皮筋製造震動平台模擬地震情況。實驗後發現(AccelView)軟體可測得精確的加速度大小經高精密度加速度感測器證明。建築座向需考慮台灣附近斷層位置,減少地震所產生的破壞。加強地基深度時,可增加建物的抗震能力。建物高度越低,底面積越大抗震能力越佳。目前常見的建物造型如L形、ㄇ形、H形、十字形、T形不影響抗震效果。建物突出造型,連結處會在地震發生時造成受損情形。當梁柱位置不對稱或梁柱不足時,地震會使建物產生轉動現象,容易因扭轉而倒塌。土壤顆粒較小的粉沙地質產生土壤液化,會使地震造成建物下陷或倒塌的結果。

智慧拐杖

台灣已經邁入高齡社會,隨著年齡的增長,身體的抵抗力逐漸下降,各種疾病會找上門來,跌倒是老人死亡的高風險因子,適當的輔具使用 ( 拐杖、助行器甚至輪椅 )與居家安全與無障礙空間( 如防滑地板與走廊扶手 ) 的規劃可以減少跌倒之風險,所以我們使用微控制器來製作超音波感測,光敏照明,心跳監測以及GPS定位系統,把這些輔助的功能合併在我們的智慧拐杖上,那就不僅讓拐杖只有支撐攙扶的作用了,讓老人家外出時,碰到障礙物能夠進行閃避,晚上光線不佳枴杖有照明的作用,也能夠隨時監控老人家的心跳頻率,並且讓家人能夠在網路上隨時看到老人目前的心跳狀況,若是發生意外,那就可以用GPS定位系統即時找出老人家目前的位置了。

±10℃的秘密

廢棄乾電池之碳棒可為惰性電極之材料,鋅殼材質可當作一般鋅片使用,電解質經純化過程所得之錳氧化物,與一般實驗室之二氧化錳對雙氧水之分解催化能力相當。以電子天平連接電腦紀錄重量隨時間之損失量可用來定量一些化學反應之反應速率。反應溫度每升高10℃,則反應速率增加2倍之說法有活化能大小及溫度適用之限制,利用阿瑞尼士方程式可計算出MnO2催化H2O2之活化能值約75 KJ/mole,鋅片加鹽酸活化能為60KJ/mole,大理石加鹽酸之反應活化能值41 KJ/mole。碘鐘反應微量化實驗有其實際執行上之困難,而以改良型光敏電阻實驗可得到此反應速率定律式為r=k [IO3-][HSO3-][H+],且該反應之活化能為34.7 KJ/mol,而在溫度20.4℃升高至29.4℃時,理論與實驗皆證實其反應速率增加為1.5倍。

偵煙感熱啟動電磁閥灑水系統

一般地下室或公共空間,為防止火災的發生,都會安裝有自動灑水(或另加泡沫)系統,當遇到火災發生初期時,如現場有人發現後,可由人工方式,即時開啟該區塊設於牆壁上的手動啟動閥門開關,該區塊的消防主水管一齊開放閥閥門會打開,主水管內的壓力水會經灑水頭噴出,主水管內的水壓下降,會促使控制室內的壓力開關動作,或主水管的水流會促使水流偵測器動作,使得控制抽水機馬達啟動,繼續將水槽內的水送出,到灑水頭噴出滅火;如無人即時發現火災時,等火勢起來後,現場處於高溫或煙霧濔漫後,一般會安裝有溫度感測爆破型玻璃球閥,由玻璃球閥爆破代替手動啟動閥門開關,促使一齊開放閥閥門打開滅火,這些是常見的火災自動灑水系統的運作模式。

稻矽雙贏

隨著紡織、時尚業的發展,與人類對色彩的追求,染色過程產生大量廢水,於是「染料汙染」成了環境災難,已是不容忽視的議題。本研究著重於如何以低成本的農作廢棄物--稻殼,製作成可以吸附染料並可回收再利用的材料,以達到回收利用、改善水資源的目的。本研究以稻殼高溫鍛燒後的產物--二氧化矽進行探討,控制變因為有無水熱、水熱環境pH值、酸種類、水熱時間及鍛燒時間。研究結果顯示,(1)實驗所需的二氧化矽可由價廉的稻殼燒製而成。(2)以玫瑰紅為模擬汙染源,經過控制各種變因的研究,最終製作出的鐵鎳複合材料幾乎可以完全吸附染料,且因有磁性,易於回收再利用。因此,實驗結果顯示以鐵鎳複合材料處理染料廢水,為一經濟有效的方法。

水中魅影 – 蝦子後抽運動機制之研究

我們想要探討蝦子後抽運動的表現,以及與體型變化的關聯性。我們利用攝影機高速攝影的功能,拍攝蝦子後抽運動的畫面,並利用軟體轉換成動作分解圖,以獲得運動時的形態變化量值。結果顯示蝦子的體重與體長,分別於彈跳角度、位移距離無關聯性,但是體長與最大速度有正相關;體節寬度對速度的關聯性,以頭節寬度的影響最為明顯;體節擺動以第三體節與尾節的彎曲變化,與最大速度有明顯的相關性,我們推測蝦子的運動應該是藉由增加對水的推力與減少對水的阻力,來提升水中游泳的速度。蝦子若有進行連續第二次的後抽運動,則主要是擺動尾節為運動推力,而速度較第一次低,不過能量消耗可能也比較少。