全國中小學科展

高級中等學校組

兩線段間隨機點之距離期望與面積期望

本文通過對兩線段位置關係的分類討論,對特殊情況的優先探討,推導了兩線段間隨機點之距離期望與三隨機點決定的三角形之面積期望的閉式表達式 (closed-formexpressions)。文末附以程式模擬與函數圖像的對比擬合以輔助驗證結論的正確性,並概述此方向值得研究的其他課題及其潛在應用。

以小鼠模式剖析膳食鹽類與T淋巴細胞在發炎性腸道疾病之功能性連結

臺灣發炎性腸道疾病 (IBD) 之年增率高居全球第二,且臺灣人鉀攝取量已被報導為全球最低。本研究主旨為探討膳食鹽類與T淋巴細胞在IBD中所扮演之角色並發展藥物用於臨床治療。我們首先以IBD常用動物模式DSS誘發小鼠腸炎建立疾病動物模式並檢測其血中五大電解質,包含鈉、鉀、氯、鈣、鎂之濃度,發現在腸炎早期跟晚期,其血清中鉀濃度均會顯著增加。接著以低鉀飼料進一步證實在腸炎中鉀濃度上升為一種保護機制且低鉀飲食會惡化腸炎發展。同時也利用後天免疫相關基因剔除小鼠證實低鉀飲食會促進CD4+ T淋巴細胞中發炎激素IL-17表現量增加,而保鉀型利尿劑Spironolactone則能有效抑制IL-17發炎激素表現量進而抑制腸炎發展,證實其治療腸炎可行性以及未來臨床上可運用在IBD之治療。

Hearing assistive devices for people with unilateral hearing loss

本研究設計了一款環境音源方位判斷的裝置。藉由自行設計的麥克風模組,藉由本研究的實驗數據,設計了一套演算法,能有效地判定靜巷內聲音的來源方位。並藉由裝置內的微型震動馬達不同的振動模式,來提醒使用者裝置所收集到的聲音狀態。此裝置可以輔助單側無聽力的聽損患者,有效地確認周圍環境的聲音來源。並可促進使用者對環境狀態的認知,希望藉由此一裝置,提高使用者在戶外活動時的安全性,並期盼能減緩單側聽損患者大腦的認知退化。

高中生蔬食認知、飲食生活型態與蔬食消費意願之調查

近幾年全球蔬食風潮的興起,蔬食飲食成為一股新的飲食趨勢,餐飲業者們也開始推行各式各樣的蔬食產品,選擇蔬食的人們越來越多,蔬食不再僅是一種飲食方式,更是對環境永續、氣候變遷與保護動物的表態。本研究以高中生為研究對象探討人口統計變數對蔬食認知、飲食生活型態與蔬食消費意願是否有顯著差異。預試問卷使用嚴謹問卷設計並發放正式問卷給高中生進行問卷填寫,最後進行問卷結果分析及質性晤談了解其原因。經單因子變異數分析發現平日主要飲食對於飲食生活型態及蔬食消費意願達部分顯著差異。相關分析發現健康因素、永續發展、環境保護、推薦意 願為主軸並呈現中高度相關。而線性逐步迴歸分析以環境保護、推薦意願、自然感知解釋度最大。

利用免疫螢光染色探討胞外基質在果蠅老化過程中對生殖幹細胞流失之影響

幹細胞具有自我更新與分化的功能,對於組織修復至關重要,於特化微環境,稱為龕。龕會與幹細胞直接接觸並透過分泌訊息因子維持幹細胞的特性。然而隨著生物老化,龕功能會隨之下降,間接影響幹細胞數量與活性,並導致組織無法修復而衰老。幹細胞如何應對老化龕以及老化對於幹細胞直接影響還不清楚。本研究利用果蠅睪丸生殖幹細胞(GSCs),探討老化對GSCs流失的影響機制。 實驗室研究發現,當公果蠅老化,一種分泌型胞外基質蛋白Perlecan(Pcan)會在GSC與龕周圍積累,導致GSCs無法直接接觸龕而流失。因此Pcan的累積與老化引發GSC流失是直接相關的,然而Pcan是由哪種細胞分泌目前尚未了解。

麥克納姆輪車直線360度全向控制與角度誤差之探討

近年來,餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。優化移動限制和應用於電動車的可能性成為關注焦點。本研究探索與分析擁有卓越機動性的麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式;同時,針對麥克納姆輪的全向移動進行探討,建立360度直線移動的數學式,並利用ESP32-S單晶片成功實現數學式中速度的變化。此外,分析了不同變因對車子的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質以及負重。

影像偵測火源與滅火裝置

本作品希望能協助消防員在進入未知火場前,可以協助了解情況及判斷,使用物聯網、影像辨識、自走車技術,建置一個移動式火源偵測及遠端滅火裝置,具有手動及自動控制功能。 在火災現場時,可以手機方式操作,馬達帶動機器人平台前、後、左、右移動,透過鏡頭傳回影像畫面,人員如看到有火,可按下啟動噴灑乾粉按鈕,遙控滅火。當機器切換為自動控制方式,前置鏡頭傳回的影像,當有火源時,則會自動辨識火,並啟動噴灑滅火。有自動按壓滅火器壓把的功能,是因為在滅火器握把上,設計一個按壓驅動裝置,噴灑乾粉, 此為偵測火源滅火裝置 。 本作品說明書內使用之照片,大部分為第1指導教師拍攝,部分為引用自產品網站照片。

利用粒線體基因分子資料探討兩棲類物種分類及演化關係

近年來分子資料成為分類物種的重要參考,其中粒線基因體因組成的穩定性與一致性較高而受到矚目,然而學界對於不同基因協助分類的準確度仍意見分歧,因此本研究針對兩棲類物種蒐集其全粒線體基因序列,根據序列資料,利用Genetic Distance、Maximum Likelihood(ML)和 Bayesian Inference(BI) 三種分析方式建構演化樹,觀察分析結果與現存分類方式的吻合度,以推論利用粒線基因體協助分類的效果。單一基因中,16S、12S、ND1、ND5、ND4較能協助準確分類,基因組合則為16S,ND1。此外,藉由觀察所有分析結果發現,三種分析方式中,Maximum Likelihood和Bayesian Inference為準確度較高的分析方式,但以Genetic Distance分析所需的時間較短。

風生水起-空氣產水IoT裝置

本研究探討如何利用空氣中的水分開發出創新型的空氣產水裝置。首先透過文獻探討,比較冷凝式和吸附式等不同空氣產水技術的優缺點。接著依據文獻分析,設計並製造結合冷凝式和吸附式的模組化空氣產水裝置,利用致冷晶片和矽膠做為冷凝和吸附的核心元件。實驗結果顯示,致冷晶片在工作電壓5V(功率9.2W)時,冷端溫度最低約9.4°C,對提高冷凝效率最有利。空氣產水裝置在此電壓下,產水速率可達5.41g/hr。但若考量能源效率,則在2V(功率3W)時每度電可產生550克水,產水能力最佳。而環境濕度是影響裝置效能的關鍵,當濕度低於40%時幾乎無法產水。溫度升高有助於提升產水效率,但太低時則會影響冷凝效果。基於上述實驗結果,我們結合Webduino成功開發出空氣取水IoT裝置。

物聯網易上手微型沖板機

本研究的初衷是為了解決找不到適合的墊片為出發點,但是普通的沖床體積過大,為了解決這個問題,我們決定把它變小,並且對現在機械產業常使用的機構方式進行了資料收集和分類其優缺點,最後選擇了肘節機構,理由是肘節機構較適合一些簡單的運動傳輸,開始研究之後我們面臨到一些技術問題及專業問題,例如工件無法配合、沖頭的力量不夠、撰寫程式時出問題等等,經過老師的指導和協助,我們才能解決並學習更多專業知識,後來我們做了許多的實驗,包括沖孔測試和定位精度,且為了保證機台的穩定性,我們必須經過大量反覆的測試,才達到了理想的成果。