全國中小學科展

第58屆--民國107年

高度決定你的道路

本研究提出新型動態的垃圾子母車清運模式, 此模式將超音波感測器裝在垃圾子車上,感測垃圾子車內的垃圾量,並將感測資料主動傳回伺服端,伺服端經由傳回的資料,即可得知子車內堆積的垃圾量是滿的、半滿的或是空的,並分析哪些子車的垃圾必須及時清運、或可順路清運,哪些可以下次再回收,據此資訊規劃垃圾母車清運垃圾的最佳策略,不但可節省人們等垃圾車的時間,同時縮短垃圾車清運路徑因而減少垃圾車的耗油量與碳排放量,並且解決因垃圾車沿街收垃圾造成的交通阻塞問題,又可避免因垃圾堆積造成環境的清潔衛生問題,有效增加垃圾清運的效益。

「魚」貫而入-衣魚習性與其生存方式之探討

一般民眾利用化學性的方式驅離衣魚,但這些方法可能造成環境氣味不佳及危害人體健康,甚至可能致癌,本研究發現利用80000Hz超音波播放24小時可完全消滅衣魚。研究過程中亦發現衣魚的行為模式可分三類:主動者、被動者、不動者。將衣魚放入新環境,主動者可立即搜索新環境,並將訊息傳遞給被動者,使被動者跟隨,但不動者接受訊息後卻完全不動。因此超音波法對於不動者無環境限制,而應用在主動者和被動者,則須在封閉的環境下。我們亦發現衣魚會攝食低密度聚乙烯,利用傅立葉紅外線光譜儀分析排泄物,發現低密度聚乙烯確實會被分解,因此可應用此種生物特性減輕環境中塑膠汙染的壓力。

屍速獵蟲~絨繭蜂寄生紫蛇目蝶之行為觀察

打掃學校蝴蝶園時意外發現雲絹蝶刻絨繭蜂從紫蛇目蝶幼蟲體內鑽出,為了進一步瞭解紫蛇目蝶與絨繭蜂的寄生關係,我們調查附近辭修公園內絨繭蜂與紫蛇目蝶的族群分布、棲息環境與存活率,透過室內飼養觀察了解紫蛇目蝶與絨繭蜂寄生紫蛇目蝶的生長過程,結果發現絨繭蜂在氣溫低於20℃下與紫蛇目蝶族群棲息環境相似,且在野外紫蛇目蝶幼蟲有28.1%會被絨繭蜂寄生而死亡,寄生後的絨繭蜂會在紫蛇目蝶幼蟲腹部內吸食養分約18天左右,會咬破紫蛇目蝶蟲體作繭而出,繭經過9天後就會羽化成絨繭蜂,在尋找下一個寄主。

進擊的蟲蟲-蟲蟲的終極奧義

本研究源於參加Power Tech科技創作競賽,要製造一隻兼顧「接力賽」及「拔河賽」的蟲蟲機械獸。結果發現: 一、連桿越長蟲蟲移動速率越慢。 二、有軌蟲蟲較無軌蟲蟲走得快。 三、防滑貼條位於身體後段,速率最快。 四、蟲蟲後段身體過輕,導致行走翻覆;而蟲蟲後段身體過重,蟲蟲會拉不動配重。 五、重心位於後身前端或中間,行走速率最快。 六、曲柄越長,行走速率越快。 七、配重為4個螺帽、6個螺帽時,以連桿12cm蟲蟲速率最快。 八、後身高度為5公分,角度為20度的負重量最大。 九、防滑貼條貼在前段時,負重力較佳。 十、當重心位於前段,且角度介於10度到20度時,負重量增加。 十ㄧ、防滑貼條摩擦力適中,負重量最大。

砷汙染終結者:中藥砷汙染的生物感測器與螯合器

背景:政府以ICP-MS檢驗海關抽樣中藥材的砷汙染,耗資費時,民眾沒有工具可以預防砷中毒。目的:開發解決砷汙染的快篩和過濾工具。方法: 利用合成生物學技術,將E. coli開發為: (1)產生螢光蛋白的GFP砷汙染感測器、(2)產生肉眼可見藍色沉澱的LacZ’砷汙染感測器、(3)產生金屬硫蛋白(fMT metallothionein)的fMT砷螯合器。對E. coli進行功能測試實驗和系統生物等量性分析,並設計具生物安全性的快篩裝置。結果: GFP和LacZ’砷汙染感測器能在5和15小時內偵測As(V),前者能偵測岩精含砷,兩種感測器對鉛與銅離子沒有反應,具專一性。ICP-MS測量出fMT砷螯合器在As(V)溶液五小時後的砷螯合量。快篩裝置用的洛神花有抑菌功能。結論:生物感測器可作為砷汙染的快篩器,生物螯合器可發展成過濾器。

吹的涼涼、省的多多

由於近年來,氣候的變化變非常不穩定且極端化,為了能研究出兼具節能與環保的降溫設備,此研究整合了冷凍空調原理、電子學實習、3D列印機與網路上的相關資訊,利用蒸發冷卻特性當作水冷式風扇的基礎,僅須消耗風扇的功率(約5~6瓦)即可達到降低溫度的效果。

令人心動不已的飲料-咖啡對蟑螂心搏的影響

本研究觀察美洲蟑螂(Periplaneta americana)在透過口器攝食或是藉由體腔注射將咖啡攝入體內後,在一定時間內對於心跳率變化的影響。結果我們發現蟑螂經由口器攝食咖啡或是經由體腔注射咖啡後,都會快速地增加心跳率,並在短時間內恢復,與前人研究蟑螂攝食葡萄糖後對心跳率影響的結果相似,說明透過口器攝食咖啡因對心跳率的影響可能包含神經性的訊息傳遞。本研究亦透過影像分析軟體tracker探討餵食及體腔注射咖啡因對心搏量的影響,結果發現咖啡因都會使心搏量增加。透過本實驗可延伸國中生物「心搏觀察實驗」的探究活動,亦可幫助藉由蟑螂了解咖啡因對生物心臟活動可能造成的影響,協助有關咖啡因的味覺反射與體內作用等相關研究。

穀物中的紅寶石「紅藜釀酒」之探討

本研究探討紅藜釀酒的因素。將材料放進密閉大針筒內進行微量實驗,定時測量產氣量得知紅藜釀酒的速度,並在最後一次測量甜度及聞氣味。紅藜含有澱粉水解酵素(糖化酶)與酵母(發酵酶),糖化酶先將澱粉轉為糖,發酵酶再將糖轉為酒精及二氧化碳,所以原住民以紅藜做為小米酒的酒麴。微量實驗結果發現,小米碎度與紅藜粉碎度越碎,反應面積增加則釀酒速度越快,其中煮熟小米用顆粒來釀酒易釀失敗,建議磨碎成米漿才易釀酒成功;紅藜粉量越多也會增加釀酒速度;使用有殼紅藜釀酒易臭酸腐敗,建議使用無殼紅藜來釀酒。另外,瓶裝大量原料的實驗發現,在室溫25-30℃下會有產膜酵母釀出酸酒,瓶內空氣量建議要少,避免產生黴菌。

穀物界紅寶石-紅藜麥抗氧化力之探討

探討這一年的農作物明星─紅藜麥的抗氧化力,採用碘滴定法來測量,進行不同加熱時間、不同加熱溫度以及不同添加物的實驗比較。實驗結果發現在無加熱或有加熱的情況下,紅藜麥的抗氧化力比白芝麻、黑芝麻、黑米或燕麥好。紅藜麥在加熱10分鐘後,抗氧化力有顯著下降的趨勢。加熱溫度在攝氏26度以下時,紅藜麥汁的抗氧化力佳,加熱溫度超過攝氏60度,抗氧化力明顯下降。多數的添加物都會使紅藜麥的抗氧化力下降,尤其是醋、檸檬汁、米酒、牛奶等添加物。鋼棉浸泡水,在24小時後的生鏽面積大約是浸泡紅藜麥汁的2倍,顯見紅藜麥汁具有防止氧化的能力。

旋冷奇蹟-飲料水冷系統的開發與研究

影響飲料冷卻的因素為飲料本身、溫度,所以本研究主要實驗設計有: 1. 探討冷卻方法-我們主要利用300克冰塊+1000CC的冷水+100克鹽製造出0.4度的低溫水,並設計水平式旋轉讓飲料迅速降溫至5~8度。 2. 水冷系統的設計-利用軸承、電鑽設計出旋轉系統,塑膠管連接器、外掛式馬達、組成流水與回水系統,可節省冰塊、電力與冷卻時間。 3. 開創水溫系統-可讓600CC19.8度的冷水3分鐘後變37.3度。6分鐘讓100克的冰塊變成32.2度。 實驗後發現真的可以快速成功的冷卻飲料,將時間縮短至30秒~300秒就好,不但節省時間也節省電力,希望我們的研究可以讓大家都開心快速的喝到冰冰涼涼的飲料。