全國中小學科展

高級中等學校組

「鐵」劃「銀」鉤—奈米銀活性碳磁流體複合物之應用

為了改善自然界常見的兩種水汙染:有毒色素與大腸桿菌,本研究將活性碳接上鐵磁流體,以低成本的活性碳製作成吸附色素並可回收再利用的鐵磁流體,再將奈米銀摻混在本研究複合物多孔性物質的表面,藉由調控活性碳和不同的銀離子濃度及比例,確定最佳的製備條件,並對其抗菌性能進行測試,以達到回收再利用、改善水資源的目的。 本研究摻混奈米銀粒徑在一固定範圍內溶解析出,因此殺菌力強。在選定的溫度範圍內仍保有磁性,具有回收便利,淨化水質後較無污染等優點;此外,在常溫常壓下保存六個月後,發現其磁力並未明顯消失,不僅具有長期性的利用價值,且成本低廉,未來有極大的潛力能夠廣泛應用於大型住家水塔或泳池殺菌除臭,吸附去除有害物質。

圓周上跳躍回歸問題之研究

圓周上相異n個點,將圓周分割成n段弧,每次每個點沿逆時針方向變換成與下一點所成弧之中點,若某點經m次變換後回到初始點,則m的最小值以及m的所有可能值為何?我們發現,m的最小值為n+2。更進一步發現,m的充要條件為m≧n+2且m≠kn-1, kn, kn+1,其中k為正奇數。接著,我們將問題一般化,圓周上相異n個點,沿逆時針方向變換成與下一點所成弧之p:q處,若某點經m次變換後回到初始點,則m的最小值以及m的所有可能值為何?同時,我們也針對n個點具特殊初始位置座標來研究其回歸性質。

NoDistort: Drawing Distortion Recovery System for Shaky Screens

在過去的五年中,行動裝置之手寫輸入法、滑行輸入法等基於筆跡的輸入系統有巨大進展。但仍無法解決物理晃動造成之筆跡變形。為了解決人們在不穩定的環境中書寫筆跡的困難,本研究提出了“筆跡失真修正系統”。 通過結合內置感應器的數據,系統估計裝置的運動軌跡,並提出的屏幕-手指互動模型恢復失真的筆跡。 該系統嘗試了不同的移動估計算法,也套用濾波器以去除雜訊和去除漂移。 為了得到更精確的感應器讀值,本研究使用了一種不需要額外儀器的校準方法。 翻轉後靜置設備6次,校準演算法將計算感應器誤差模型的最適合參數值並且套用。本研究提出之筆跡失真修正系統在兩代的演進後,已成功在現實世界中測試證明有效性和實用性。

一「麩」「蟲」咻——探討環境壓力對大麥蟲生長狀況之影響

本實驗的主要目的為探討大麥蟲改變生長環境對其生長速率的快慢及生存方式的影響,來操作實驗探究脫皮的次數有無增加及不同時間的體重長期變化。我們分別以不同的環境因子來操作實驗(溫度、濕度、不同食物種類、空間大小、環境壓力、光線強弱、藥品),觀察不同環境因子中有無增減其脫皮體重成長速率。 根據實驗結果發現在施予不同的環境因子下,大麥蟲確實會對其產生不同的變化。例如:在不同的生長空間下,大麥蟲的脫皮次數會因為生長空間增加或減少;施予不同環境壓力,大麥蟲之體重變化會隨著施予壓力的不同而呈現加重或減輕的狀態。我們也意外地發現在加入麥麩的環境下大麥蟲的化蛹率會有顯著的增加,遂亦成為了本實驗的關鍵操作變因。

叮叮噹—圓筒狀玻璃杯振動聲音之研究

本研究利用鑽石刀刻畫與加熱膨脹裂截玻璃杯的方法,製作出實驗所需規格之圓筒狀玻璃杯,以免費的個人電腦聲頻分析軟體,偵測玻璃杯振動所發出聲音的頻率,探討玻璃杯深度、口徑、厚度、水位高度等變因對頻率之影響。研究的結果發現,當玻璃杯深度愈短、口徑愈小、杯壁愈薄、水位高度愈低,敲擊後所產生的聲音頻率愈高,並成功地歸納出玻璃杯振動頻率與各項變因之間的定量關係式。對於不易觀測到之內容液體的容器而言,若能利用本研究的方法與結果,建立起各種內含液體容器或管路振動時所產生聲音頻率關係的資料庫,未來只需偵測其振動聲響之頻率,就可以推斷其結構或內容物的變化,可以作為一種非破壞性的檢測方法。

植物健康的無形殺手-以細菌氣味開發生物農藥

植物在野外生長會遭遇各種逆境壓力,本研究從野外土壤中純化出枯草桿菌 (Bacillu subtilis),研究探討氣味對植物生長發育的影響。我們觀察到植物根長,鮮重會因氣味處理而減少,葉綠素a,b及胡蘿蔔素皆被氣味抑制,由DAB染劑染色法發現氧化壓力亦增高。 ABA與乙烯是植物重要逆境賀爾蒙,所以分析植物逆境賀爾蒙生合成相關基因,並利用qPCR技術看基因表現。結果發現植物逆境賀爾蒙ABA、乙烯等相關基因表現量上升。而乙烯的累積可能影響植物葉綠素含量,或使植物產生氧化壓力,ABA相關基因可能影響氣孔開閉。 我們挑選兩種ABA相關突變株處理枯草桿菌氣味;結果顯示ABA途徑突變株,其葉片對於枯草桿菌氣味的敏感度改變。我們想篩選一些細菌製成生物農業,減少化學農藥的使用。

智慧門禁―結合影像辨識與IoT之應用

本研究觀察到現有門禁的流程仍有改善空間,因此著手製作與傳統門禁不一樣的系統,希望能改善其繁複的使用流程。透過物聯網、深度學習和手機應用程式的組合,便能實現這樣的效果。在門前透過樹莓派拍下訪客的照片,傳到電腦後進行影像辨識,初步決定是否要為其開關門,並將結果傳給主人手機,再由主人決定最終的開關門。本次研究目前已成功造出一套完整系統,能即時傳達通知,且辨識的準確率已可達八至九成。

後宮「軸環轉」—圓環運動理論之探討

觀察置於軸上的圓環經由傾斜會有顯著的橫向移動,本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現圓盤傾斜角度對橫向移動速度有顯著的影響,且此傾斜角度也表現出了相關於進動的週期現象。透過觀察此圓盤的運動模式,更發現現象和圓環參數有密切相關,藉由攝影並分析圓環各項物理數據,進而推導出理論模型並驗證所假設的想法,解釋軸上圓環運動橫向運動的現象。

綠磚上的菇菇栽培

在資源嚴重耗損的時代,為了找到生長菇類資源消耗最少的最佳方式,我們比較了各種營養源對菌絲體生長的影響。發現菌絲體在固態培養中,氮源上的生長情形為最優,且氮源和其他營養源的生長之間的差距懸殊。我們將此結果運用在自製培養基及自製太空包上。結果顯示,自製培養基中的綠磚及木屑生長情形相似,因此市售太空包跟自製太空包生長情形差異甚小。實驗證實,未來自製太空包足以取代市售的太空包並減少對環境造成損害。

「麵」目一新─使用馬祖老酒製作獨特風味老麵麵包

馬祖酒品的知名度不高,所以我們將它製成老麵,取不同比例與麵糰混合(31%、34%、36%、38%。40%、45%),製成老麵麵包,以研究出民眾對其之接受度及喜好程度。經由實驗結果可知,老麵增加越多,筋性越高、延展性越差,水分散失越多。老麵對於麵糰發酵最佳的比例為36%(540g),麵糰發酵最佳的時間為基本發酵90分鐘、最後發酵60分鐘,消費者最為喜好的是36%比例的麵包。