全國中小學科展

生活與應用科學科(二)科

氣動式軟型人工肌肉機器手~自製復健輔具

「氣動式軟型人工肌肉機器手自製復健輔具」以氣體當作動力,且以矽橡膠作為承受載具,結合纖維增強結構設計,當矽橡膠載具空腔充氣後,造成特定應用要求方向的彎曲,模擬帶動手部肌肉重複運動狀態,達到手部的復健效果。 我們開發了柔性氣動制動器的簡單製造方法及便利的測量系統,如柔性氣動制動器加氣壓時產生力曲率半徑,扭曲,延伸軌跡和制動期間的輸出表徴。為了操作模擬柔軟的機器手套,設計人工操作氣壓控制系統,包括氣壓分流閥和閉環調控閥以調節壓力,而設計了柔軟機器手復健手套的系統雛型。 根據熱能鬆筯的生活觀察,結合遠紅外線加熱纖維布及自製多型柔性氣動彎曲制動器,製作了第一款方便可攜式柔軟並加熱的軟性機器手復健手套系統。

海上的楚河漢界-探討影響漁港使用攔木網效果之研究

暑假期間,看到漂流木無預警進港干擾漁民與旅客生活,於是激發我們想要實驗探究攔木網效果的因素 –「攔木網」幾項結論包括:第一、海流大小主要影響攔木網的潛流量、海浪大小主要影響攔木網的跨越量;第二、當漂流木密度比例越大,攔木網通過 的潛流量越多;漂流木密度比例越小,攔木網通過的跨越量越多;第三、提出兩種最佳組合模式『間距1.6cm(80cm)+裙部6cm(300cm)+乾舷高度0.4cm(20cm)』、『間距2.4cm(120cm)+裙部5cm(250cm)+乾舷高度0.35cm=17.5cm)』,可以發揮最高攔截效果;第四、研發複合式攔木網,網袋空間攔截率高達88.6%,使攔木網效能達到最高,並且專家及廠商確認可以執行;第五、攔木網架設位置選擇內港效果最好。最後,希望經由以上的研究,能提供有效的資訊給漁港或漁業署在申請製作攔木網的依據。

研洗攻略~探討果皮酵素的洗淨力

本研究經由製作果皮酵素的過程與洗淨力實驗,試著找出兼具成本低廉、洗淨力優、香氣怡人等優點的果皮酵素,有以下發現: 一、攻略一、二: 1.改用糖蜜、黃糖及白糖亦能成功製作果皮酵素,效果不比黑糖粉差,且能降低成本,尤以糖蜜為佳。 2.果皮成本:西施柚〈柳丁〈鳳梨〈混合〈檸檬〈橘子〈紅龍果 3.糖類成本:糖蜜〈白糖〈黃糖〈黑糖粉 二、攻略三、四: 1.兼具成本低廉、洗淨力優、香氣怡人三項優點的水果前三名:鳳梨、柳丁、西施柚 2.洗淨力前三名:柳丁、鳳梨、檸檬 3.香味前三名:鳳梨、檸檬、橘子 三、攻略五: 果皮酵素製作,柑橘類水果以柳丁果皮製作的酵素洗淨力最佳,在校園清潔磨石子地板、清除水皂垢或廁所環境維持,效果良好,值得推廣。

哇!不漏了吔~罐裝牛奶傾倒方式改良之探討

本研究藉由生活中對「倒牛奶漏出」情形感到好奇,開啟了研究,並設計實驗針對不同變因進行探究。藉由觀察、實測,發現圓弧狀瓶口的瓶子容易產生回漏狀況;當瓶裝液體量較多時,傾倒角度較小就會開始流出來,也容易回漏;而越濃稠的液體,在剛超過「起始角度」時,較容易從瓶口旁出現回漏。 另外,我們也發現,小孩子要倒出大容量瓶裝液體時,因操作不易,容易使液體回漏。於是我們透過實驗、討論,設計出使液體不回漏的環狀套環,並結合自製「傾倒輔助架」,協助解決生活中遭遇的問題。 最後提出傾倒牛奶較佳的方法:(1)透過瓶口凸邊設計,改善傾倒牛奶時回漏情況。(2)使用設計製作的「傾倒輔助架」,便可適用在1800-2000ml的中大型罐裝瓶,倒牛奶就變輕鬆了。

落葉歸根~落葉上的菌種對纖維素分解能力的研究

清掃校園時發現乾枯葉片中有許多不同形狀及不同顏色的斑點,閱讀相關文獻後,發現它們是微生物,可以分解落葉,為了更進一步了解這些微生物的作用,我自製搖晃培養儀、恆溫培養箱、LB培養液 (基)、馬鈴薯培養液 (基),以培養多樣菌種。經過一連串純化培養後,共篩選出10個菌種,進行纖維素分解及落葉分解實驗。研究結果顯示由馬鈴薯培養基篩選出來的2號菌、3號菌及4號菌可以將纖維素分解成澱粉或葡萄糖;在落葉堆肥實驗中,2號菌及4號菌皆能有效進行落葉分解,其中2號菌對印度橡膠葉的分解效果遠優於市售菌。送生技公司檢驗後,確認2號菌為Rhizopus oryzae(米根黴菌),它不但是釀酒幫手,更是落葉分解高手。

口罩「國家隊」→「地球環保隊」-自製PLA口罩與收集全分解制度

疫情導致醫療口罩需求與丟棄暴增,讓石化塑膠污染日趨嚴重。我們從自製聚乳酸PLA環保口罩過程中,發現新創減塑、友善地球元素可能性。首先改裝棉花糖機、自製鑿孔鐵罐頭加上5克重PLA粒子加熱抽短纖維﹔篩選幾種加熱器具實驗後,用離子夾模擬熱黏合法的「熱軋」模式成功將短纖維→不織布﹔以自製PLA不織布當口罩本體,搭配鈕扣型耳掛(布縫橡皮筋)兼具舒適、牢靠度與可重複再使用。與國家隊口罩實驗比較,發現外層撥水性與內層透氣性都較佳。 為了讓口罩「國家隊」晉升為「地球環保隊」,本研究以日常生活用簡單工具自製口罩、檢測並規劃符合PLA特性的全分解制度,減少塑料泛濫對於地球的負擔。期望達到「口罩保護人類、人類愛護地球」的雙贏境界。

砧材實料

比較了市售不同材質的砧板耐用程度,發現木材砧板會因為較易吸水而比其它材質的砧板更易發霉、變形、膨脹斷裂,為了改善這些問題,我們進行了木材改質的實驗,化學改質方面使用聚乙二醇(PEG)來填充細胞腔,降低細胞腔內可容納水分子的空間,進而減少因含水率高引起木材變形、發霉、劈裂等劣化情形;物理改質則利用熱壓縮的方式,提高木材的密度,增強表面的密緻度且減少細胞的空洞,亦有減少含水率的效果。希望藉由使用安全、安心、無毒的方法將木材效能提高,讓改良後的木材在使用上更加便利與耐用,也不需擔心像塑膠有毒性和環保的問題,成為製作木食器用品的最佳首選,亦可提高台灣中小徑木製材使用率的提升與國產材的應用拓展。

壓縮「垃」-頂天立地壓縮垃圾桶

公廁裡的垃圾桶常有衛生紙滿出來,甚至掉到地上很不衛生,其實稍微擠壓一下就好了,但一般人都覺得噁心而不會這麼做,且在COVID-19疫情期間,如何避免接觸是重要的課題,因此我們想設計一款能夠解決這個問題的垃圾桶。 垃圾壓的愈密實垃圾桶就可以裝愈多,依此,我們改造回收飲料杯,並設計出彈簧伸縮壓縮垃圾桶。實驗發現垃圾桶要頂天立地夠穩夠重,壓縮裝置才會自動擠壓垃圾。經多次改造,這款壓縮垃圾桶,在每次關上蓋子時壓縮裝置會擠壓垃圾,並且隨著垃圾頂到時,壓縮裝置會慢慢縮回增加垃圾桶容量,且清理垃圾後,壓縮裝置會自動恢復。與未改造的原始垃圾桶比較,可多裝155%的衛生紙糰,這款壓縮垃圾桶將可解決公廁髒亂現象。

機「布」可「濕」―探討機能性吸濕排汗布料的秘密與應用

運動時穿著的吸濕排汗衣能讓身體保持乾爽,引起了我們想要了解這種布料的秘密。我們利用水的毛細現象和蒸發現象的原理驗證布料纖維的吸濕排汗的效果。異型斷面的纖維布料,垂直吸水效果好,讓我們想到製做吸水磚的構想。 我們購買了市面上強調吸水能力強的抹布兩款,做了靜置吸水力、模擬擦拭的動態吸水力、脫水力以及排水力的比較實驗。 我們發現吸水磚在這些方面並不是每一項都最好,在脫水力及排水力表現相對突出。因此若能配合「好神拖」,將能使好神拖如虎添翼。

財「元」滾滾來─硬幣分類裝置

園遊會後發現零錢數量太多,難以在短時間內統計金額,所以製作硬幣分類裝置來解決這個問題。此裝置參考網路youtube影片,發現影片中並無說明硬幣軌道最佳角度、硬幣重量是否影響滑落狀況,以及除了瓦楞紙板外是否有其他材質能讓硬幣滑行更快,因此我們以影片中的裝置為雛形,從中改良細部結構並探討軌道角度對硬幣掉落的影響、硬幣重量對硬幣滑落的影響、以及瓦楞紙板、PP板及L夾塑膠片對硬幣滑行的影響。此裝置能正確分類硬幣,我們研究出此裝置硬幣軌道最佳角度為20度、硬幣掉落成功與否與其重量無關、使用L夾塑膠片硬幣滑落速度最快等結論。