全國中小學科展

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高級中等學校組

防鎖死爆胎自動減速煞車系統

ABS已是目前汽車基本配備,基於安全的理由政府也希望機車能強制安裝,因此我們利用車上的爆胎感知器將異常變化的胎壓經由CPU控制ABS短暫作動以提高車輛穩定性。 車主往往因輪胎疏於保養,或一些不可抗拒因素,在無預警情況下發生爆胎,在爆胎發生後能夠平穩的處理這樣情況的駕駛卻少之又少,針對此問題我們設計了關於爆胎後能夠控制點火系統並同時以ABS煞緊另外一輪,主動安全的介入,讓打滑的現象盡量減小,以保障駕駛人與其他用路人的安全。

輪椅改造,提高『便』利性

近年少子化使老年人口比例快速上升,政府對老年及失能人士的照護也愈發重視,而在輔助失能人士的輔具中,輪椅及便椅是日常生活不可或缺的存在,對行動不便的使用者而言,在輪椅與便椅兩者間的移動可能增加跌倒的風險,若能將輪椅與便椅結合,將大為降低移動的風險。本研究透過生活科技及資訊科技所學,設計將兩項輔具結合為主要目標,並試圖解決兩大問題:第一,輪椅如何提供座位中空來進行如廁,而中空的部分沒有支撐要如何來改善;第二,長期仰賴輪椅者臀部所產生的壓迫性壓瘡如何來防治。本研究將針對上述兩大問題,就現有照護文獻與輔具發明,進行探討、發想、實作與改良,期望打造一台能降低跌倒風險與壓瘡發生等多功能的『方便椅』。

果蠅(Drosophila melanogaster)的習得性無助表現之研究

習得性無助(learned helplessness)是個體經多次追求獎賞或逃離困境失敗後產生的一種消極行為表現。習得性無助的行為研究雖多,但其神經機制的研究卻甚少。 本研究發現273,cha-Gal80>CsC-mCh是適合光遺傳學訓練的果蠅殖系。在白光點獎賞記憶訓練中,使273,cha-Gal80>CsC-mCh果蠅學會白光點視覺訊號代表著獎賞,並發現其白光獎賞記憶能持續7分鐘以上但未達10分鐘。藉已建立白光視覺訊號與獎賞連結的273,cha-Gal80>CsC-mCh,發現重複追求獎賞失敗的實驗組,相較於持續接受獎賞與完成獎賞記憶訓練而無任何操作的對照組,明顯表現習得性無助,本研究亦發現習得性無助個體也表現了活動力以及覓食表現的下降。未來期望藉由果蠅行為與特定腦區和神經傳導物之探究,建構果蠅習得性無助行為的神經網路機制。

二氧化碳高選擇性轉化生成合成氣之碳中和工程

近年來「碳中和」是全人類追求的目標,本研究利用非貴金屬(鐵、鈷、鎳)離子形成前驅物為2-甲基咪唑配體的沸石咪唑骨架和前驅物為雙氰胺、葡萄糖反應物的類石墨相氮化碳,再鍛燒生成可導電的催化劑,將上述兩系列的催化劑分別搭配使用氣液分隔的氣體擴散電極進行電解還原CO2,再由氣相層析儀分析產物並計算法拉第效率。目前合成出的鎳金屬類石墨相氮化碳催化劑(Ni SACs@NC)最佳,在電位-0.52V時,高選擇性生成CO,其法拉第效率高達99%,而目前已有成熟工業製程能將CO轉成合成氣,再製造許多具經濟價值的有機產物,所以我們開發的新環境工程,找到一條碳循環的新路徑,有助於加速達成「碳中和」,為人類永續發展做貢獻。

冷面殺手李斯特菌-探討抑制李斯特菌台灣食品分離株之方法

李斯特菌污染,恐致腦膜炎、敗血症,WHO報告更顯示死亡率高達2成5。本實驗研究抑制李斯特菌(Listeria.innocua)之方法,以全基因解碼R19.1045為模組,與由台灣本土雞翅與豬肉分離出之38隻李斯特菌分離株做比較,觀察其型態、生長曲線及菌落形成單位(CFU)不同,以及致病力相關之磷酸轉移酶系統(phosphotransferase system, PTS),又稱第四致病基因群,是否廣泛存在於李斯特菌。研究結果顯示,37℃溫度培養L19N.053分離株在第5~第6小時有生長延滯的雙生長期(diauxic growth)現象,與PCR檢測初步結果呼應,L19N.053菌於PTS基因有部分片段缺失。R19.1045的CFU約為2.14x109。低溫(4℃)、酸性環境(pH=2)和酒精濃度35%,皆能有效抑制李斯特菌生長,為正常37℃環境生長速率之1/70-1/92。

養耕共生~黑柿柑仔蜜的微膠囊應用

環保、健康、資源再利用是發展趨勢,故創建「生態綠生活園區」,運用養耕系統種植黑柿番茄,其生長速率快、抗氧化佳,製備成發酵液,其SOD活性達682.8 U/g,抗氧化力89.11%,與新鮮番茄液有顯著差異。為維持抗氧化力的穩定性,製備含γ—聚麩胺酸的微膠囊,包覆率85.98%。室溫放置一個月,抗氧化力下降量11.8%,較開封後室溫保存兩週的發酵液,抗氧化力下降量35.9%少。取具抗菌功效的蜂蜜當粘稠劑,加入微膠囊製成無毒天然貼布,取代市面上含化學成分的貼布。模擬使用時拍壓擠破微膠囊,讓發酵液與蜂蜜混合的外敷膏狀物,測定經皮吸收速率,第一小時速率為1.38g /cm2.hr較新鮮番茄液的外敷膏狀物快,能減少敷料時間即可吸收,未來可應用於醫藥保健產品實施相關性之研究。

三面骰子機率與解析度

本研究探討「三面骰」機率,由直徑厚度比(R/d)入手,製作不同R/d骰子111種各擲300次,計33300次,繪製機率與R/d關係圖。側面機率100%的R/d界線為0.52,0%的R/d界線為8.15,33.33%的R/d範圍為1.86至2.10,三面機率相同時三面面積1:2:1。再分別以面積、環形、球體理論建模,發現理論趨勢與實驗相符(P<0.001***,R2=0.9185)。 另發現其他物理量亦影響機率,進行「投擲高度、初速度、初角速度、恢復係數」為變因的實驗,擲18000次,顯示各參數對機率的影響。於是參考文獻並建模骰子動力理論,精確計算骰子的最終面,但實驗上骰子各面為何仍存在機率呢?我們發現機率來自參數的微擾,而各骰子對微擾的敏感度不同,進而提出骰子對微擾的「解析度」概念,評估骰子的公平性。

埤塘的環境識覺與滿意度分析—以橫山書法公園的埤塘為例

橫山書法公園是許多民眾及學生的絕佳休閒景點。園區內除有書法藝術館,更有一處埤塘存在,此埤塘便是再生計畫的實例。我們想知道使用者對於埤塘的認知與了解程度,及使用者對於橫山書法埤塘公園的滿意度和想法。透過文獻回顧,我們使環境識覺獨立一個構面,而滿意度構面分成三部分,分別為埤塘景觀、休閒調適及公共設施。本研究主要探討環境識覺與滿意度之相關性,我們假設當使用者對於埤塘的認知程度高,滿意度也會呈正相關。故設計問卷量表,並使用嚴謹的統計分析及審查流程,最後發放正式問卷給使用者進行填寫,進行問卷結果分析。根據後續分析,我們發現當環境識覺程度愈高時,滿意度也會愈高,兩者呈顯著正相關,驗證了我們起初提出的假設。

智慧型雲端監控孵蛋裝置

本研究之目的是以智慧型雲端監控孵蛋裝置,以取代目前市面上看到的孵蛋器。市面上孵蛋器大多分為兩種,第一種是當溫度未達到所需的設定值時,就持續通電加熱到達設定值後再斷電,這種控制方法非常簡單,但缺點就是溫度的變動量也隨之變大。第二種則是透過精密溫度控制的設備,來達到我們所要求的溫溼度,這樣的控制方法雖然穩定,缺點則是需要高額的花費。 因此,本次研究的方向是設計穩定且易於控制的孵蛋裝置。此作品運用PID控制理論結合ESP32雙核心,配合利用第一核心進行PID控制、第二核心進行連線狀態的監控以及資料的傳輸,並且運用APP應用程式來操控孵蛋裝置。實驗結果證實,此研究能以精準、誤差小、穩定度高和便利性來達到我們的目的。

聲之形―探討膜管與聲音間的關係

本實驗以彈力膜、塑膠杯、鋼球為主體,將彈力膜繃緊於塑膠杯口作為發聲裝置,並以鋼球撞擊膜,使膜帶動腔體空氣一同振動,利用音訊分析軟體進行錄音、分析,藉以探討此裝置發聲的成因與相關參數對聲音的影響。 本研究中利用並聯彈簧機械模型解釋單膜與腔體間的交互關係,並透過實驗證明裝置的發聲取決於振動體間交互作用的強弱,且膜張力與聲音頻率呈正相關、杯子容積與聲音頻率呈負相關。 此外我們延伸探討兩端開管皆套膜的實驗,研究結果顯示此實驗上膜與純膜頻率相近,符合兩質量三彈簧振動模型,且一邊膜頻率>純膜(上膜)頻率,綜合各個實驗變因可知彈簧振動模型之有效性。