全國中小學科展

高級中等學校組

北極震盪指數與北緯40度以北海溫距平值之相關係數探討

研究指出近年中高緯度天氣異常與北極震盪有關,本研究探討過去30年間北極震盪(AOI)、北大西洋震盪(NAOI)與南方震盪(SOI)特性及其間相關性,發現AOI與NAOI全年各月達中度相關以上,代表北極震盪暖相位時,西風有增強的趨勢,有利反聖嬰發展,說明海溫與北極震盪的連結。 分析2004至2013年北緯40度以北海溫資料,以月為單位各海域海溫距平值與AOI之相關係數,結合洋流圖進行區域互動之分析。發現當AOI正相位時,北大西洋暖流有增強的趨勢,與西風增強有關;海溫變化部份,6月、7月北緯85度以上北極海域低溫,應和夏季融冰或冷空氣封鎖極區有關,顯示高緯度海溫與北極震盪間的互動關係。

討厭!為什麼我一照光就會長曬斑

本實驗探究油點百合的黑斑生成因子,實驗分為五個部分:第一個部分檢示黑斑葉切片,顯微鏡下觀測黑斑主要在上表皮細胞之下的單層葉肉組織,具有黑斑的細胞為紫紅色,推測為花青素;第二個部分以分光光度計檢測黑斑萃取液,比對前人的花青素光譜數據的波峰段,應為花青素的一種類別-芹菜定;第三個部分,透過UV光照射是否形成黑斑,透過UV模擬箱,皆以12.7公分的距離照射,在照射UVA、UVC後,和對照組進行比對有顯著的黑斑比例差異和葉柄生長量的差異;第四個部分以氮肥、尿素、磷肥和必達通用肥作為營養鹽,噴灑在葉面、土壤灌溉和直接浸泡於營養液的方式進行灌溉,結果顯示噴灑在葉面的各組營養鹽皆有促使黑斑生成率增加的現象。

新式二硫化鉬複合材料用於光催化分解有機物研究

本實驗透過MoS2與Keggin金屬氧化物複合,分解水中有機物。MoS2價格便宜,具有與石墨烯相似的平面結構,且吸收波段位於可見光範圍。超音波震盪輔液相剝離法製造奈米級MoS2,創新使用深共熔溶劑ChCl-Urea作為嵌合溶液,不同於科學界常用的離子液體製程,其具有100%原子使用效率,是無毒又經濟的有機溶劑,結合MeOH降低溶液的表面張力的優勢,進而增加MoS2的分離效果,並探討不同條件的製作效果。本實驗研發出具『高效率、低成本、製程簡易』的複合材料製程,整個製程僅需30個小時,即可製作出具光催化效果的複合材料,最佳複合材料模擬太陽光照射30分鐘,亞甲基藍分解率高達98.5%, 且具有無二次汙染與可重複利用的優勢,是具經濟效益的新式有機汙染物去除法。

以弧測海-探究費氏弧菌並檢測海洋汙染

本實驗使用分光光度計檢測費氏弧菌菌液濃度的OD600吸光值,並以其判斷費氏弧菌的生長情況,測量各實驗組中細菌含量的差異。 首先檢測其生長情形最良好之鹽度,再以最適鹽度做為培養基基底,並用於檢測有機、無機汙染物對於費氏弧菌生長的抑制效果,並將所得結論用於實測東北角海岸線汙染,分析各種汙染物及各地海水下菌液OD600數值之間的關係,進而探討各地海水所受到的汙染程度並嘗試了解其汙染因素。 為解決耗時過程,我們採用海藻酸鈉可形成凝膠的特質,將費氏弧菌以膠球固定化,加入對應的自體誘導物N-(3-oxohexanoyl)homoserine lactone,並測試其發光、發熱的強度。加入待測汙染物及樣本,測量發光強度,若和上述OD600實驗所得的數值正相關,則能夠以此方式迅速進行海水水質檢測方式。

以人工智慧協助腎臟基因變異之治病預測

本研究致力於尋找在資料不足的情況下最佳的基因預測模式。 首先,訓練預測腎臟基因(PKD1)變異致病力模型,利用三種訓練方法:「管線」(Pipeline)、 SVM分類器、隨機森林相關分類器訓練資料,並調整相關參數。其中,以隨機森林準確率最高。另外,利用「網路爬蟲」技術整合四個大型網路基因變異註釋工具,製作單一介面方便使用者輸入資料,能夠大幅減少醫生預測病人基因變異致病性的時間,具有極高的實用性。為了嘗試解決基因變異致病力預測資料不足的問題,本研究利用網路工具所預測之致病力分數訓練模型,然基因變異位置複雜,資料量仍有所欠缺。 最後,期望利用本研究「整合網路基因註釋工具」蒐集醫生資料,提高模型資料量同時提高準確率。

玉米大出擊-3面玲瓏水準尺夾

本研究動機為舊有的鋁製水準尺尺夾,過於笨重、攜帶不便、未與水準尺貼合、架設不易等問題,容易產生誤差,便加以改良。以精簡的設計概念,配合3D列印技術,製出「單面、雙面、全方位」等三種水準尺夾,此尺夾為一體成形,操作簡易、攜帶便利,配合SOP操作流程,可提升作業效率。 本水準尺夾可自行3D列印製作,作品不經由工廠電鍍生產,不會排放廢水和毒物PM2.5,友善環境。由實測數據得知水準尺夾誤差值較鋁製尺夾小,且素材便宜易得可自行製作,提升經濟效益。

無人機SLAM自主飛行與立體建模運用於橋樑劣化檢測之研究

本研究運用無人機透過自主飛行及SLAM技術,輔助維護人員進行安全而穩定橋樑劣化檢測機制。透過飛行穩定、姿態資訊明確的自主飛行無人機,運用Python撰寫UDP連線程式,即時接收並判讀無人機回傳的影像及姿態資訊,再傳送飛行命令給無人機以順利在橋樑間巡行,而接收的影像則提供目視判斷損害狀況及LSD-SLAM建立強梁的3D模型自動標示測量損害處的尺寸。最終結果證實無人機可取得符合橋梁優選指標 (PI) 的必要資訊,以安全、效率的方式,取代目前必須多人爬上爬下,分工目視及測量方式。

相切圓與內心旁心的隱密連結

偽內切圓與偽旁切圓為與三角形的兩條邊相切,並分別與三角形的外接圓內切、外切的圓。 本研究從偽內切圓與偽旁切圓出發,因為猜測他們與內心及旁心有關聯,於是從這個角度切入。接著我們再對與其相關的Mannheim(曼海姆)定理進行推廣,進而將問題由三角形延伸至圓內接四邊形上。 在圓內接四邊形的情況時,我們探討「圓內接四邊形對角線交點」對八個切圓的極線組成的網格及其交點的性質,並以其退化結果證明偽內切圓與偽旁切圓與內心及旁心的關係。最後我們以不同的方式移動外接圓上的點,利用Geogebra動態繪圖軟體,觀察極線網格交點的軌跡,發現了其軌跡與擺線之間相當有趣的關聯。下圖即為極線網格及P點在△ABC外接圓上移動時其線網格交點的軌跡。

「鱗」漓盡致 – 以阻尼震盪量測魚鱗膠原蛋白凍彈力及螢光光譜應用於魚健康情形即時監控

本實驗發現虱目魚魚鱗的膠原蛋白以沸水萃取率高,分為兩個階段,前十分鐘即能萃取63%總膠原蛋白量,降低萃取溶液之pH 值,除了增加萃取效率外,亦能幫助其斷鍵成更小分子的蛋白質,更有利人體吸收。蛋白質電泳、X 光繞射、細胞毒性試驗分析中顯示自魚鱗萃取出的膠原蛋白純度高,不會對細胞造成傷害。以自製3D列印光桿杆結合阻尼震盪量化了魚鱗膠原蛋白凍的Q 彈程度,發現膠原蛋白凍在10.6°C±0.5°C、約50mg/mL 時有最佳的彈性,提供凍狀類食品口感調製的新興途徑。本實驗發現以325 nm 紫外光激發魚鱗表面螢光,出現藍光(410 nm)及綠光(490 nm)螢光,可以進而利用其兩光的相對強度,判斷魚鱗的健康情形。

冬暖夏涼-會翻面的百葉窗

在環保意識抬頭的現代社會中,如何將室內環境維持在適當的溫度,並避免使用高耗能的電器已是主流,這不僅是建築與土木工程的重大課題,同時也需要材料的協助。此次研究以各種適用於建築材料中找尋材質的熱傳導性之快慢、經濟性、重量、顏色等進行多方比較。結果決定以材料容易取得且和其他金屬製品相較之下較輕的鋁製成百葉窗,結合物理特性明顯吸熱的黑色與隔熱的白色呈現作品,進一步與伺服馬達和電子電路連動,可以應用於各種季節,使其依據室內溫度與外界環境的光線產生自主翻轉,達成將室內環境維持在適當的溫度此目的。