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探究精神獎

魔法懸浮-若隱若「線」

張拉整體結構是透過繩索等提供張力,讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡,實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧,觀察平衡時張力大小,以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響,並嘗試將中心繩換成電磁吸盤,觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知:1.平衡時每條繩子的張力大小,會受到結構重量以及質心位置影響;2.從側邊額外施力時結構會傾斜,以曲柄所在的側邊施力影響最小,平衡最穩定;3.移動中心繩會使支點改變,使中心繩靠近的繩子張力變大,整體結構傾斜;4.以電磁吸盤當中心繩時,提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡;以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

「爆粒」美學—以AI探討爆米花脆感測量與提升之研究

為尋找兼具「酥脆」與「軟韌」多層次口感的爆米花製作方法,我們自製了標準化脆裂度測試儀、觀察碎片飛行方向與距離的靶紙,並使用人工智慧技術與視覺化統計方法,來研製最佳的烹飪方法。實驗中歸納發現以450 度作為烹飪溫度時,若一口咬下爆米花所產生的碎片在口中飛行距離約1.7cm,碎片截面積大致是0.65 cm2、且碎片數量為八片左右,則可獲得較酥脆的口感。反之,若一口咬下的碎片大於原始面積的25%且在口中飛行約1.2cm,則能獲得較軟韌的口感。而在這烹飪手法下放置三分鐘再食用,則更能獲得層次豐富、酥脆軟韌交會的口感。實驗中我們還發現了能將「脆」與「韌」的統計差異性視覺化的「體積飛行球」工具,它能幫助我們直接「觀察」到何謂好吃的爆米花!

以校園望遠鏡觀測木星及其衛星的光譜

本研究利用校園2023年底晴天率高的冬季觀測木星及其衛星的光譜,累積的資料初步確認光譜觀測於藍端(可見光偏短波長端)的強度變化較紅端(可見光偏長波長端)明顯,因此,若能用紅端來做為星球之間的交互作用影響會比較適合。本作品也把木星及其衛星埃歐(Io)逐日進行比對,利用紅端較不受影響的前提下,得出在11月3日時木星衝觀測當日光譜藍端有較佳的吻合,推測除了仰角與大氣影響,太陽光反射的角度也會對觀測結果有所影響。最後,本研究由埃歐(Io)光譜的進階光譜分析可以得知,不同日期的響應曲線會有些微的變化,推測可能是火山噴發的作用影響。

腸內共生菌對肥胖性骨質疏鬆的影響

骨質疏鬆是現代人面臨的嚴重問題,多項研究顯示腸內共生菌與骨質疏鬆之間有密切關係。本研究主要探討高熱量飲食 (HFD) 小鼠與正常飲食 (CD) 小鼠之身質、骨質與腸內共生菌的差異,並探討造成骨質差異的可能代謝物。結果發現CD小鼠的平均體重顯著提升;分離檢測其糞便中微生物,發現CD小鼠中的腸內有益共生菌的對數值為HFD的1.0 - 4.5倍,HFD小鼠中的肥胖相關菌種則為1.5 - 4.0倍。後續讓HFD小鼠攝取CD小鼠的腸內共生菌,六個月後平均體重相較於原HFD小鼠低1.47g,平均骨小梁密度高0.036 mg/cm3、骨容積高5.27%。後續探討共生菌之代謝物TMA和TMAO,HFD小鼠的TMAO量比CD中的高1倍,並發現p16和p21基因表現量上升;RUNx2和Col1a1表現量降為0.5倍,可能是引起骨質疏鬆的原因,值得進一步研究探討。

網演水現:捕霧網集水效果研究

捕霧網技術是多霧有風地區經常用來解決水資源不足問題的方法。過去研究認為不鏽鋼是集水效果較佳的材質,而實際生活中考量成本則通常使用尼龍材質。本研究認為同為金屬且成本和取得難度都較低的銅以及永續環保材質木麻黃也相當具有潛力,因此本研究設計實驗驗證兩者的集水效果,經與不鏽鋼和尼龍對比,發現結果毫不遜色;另外,本研究又探討了不同層數和安裝配置的影響,發現雙層完全貼合的網子具有最佳集水效果。最後本研究對這些現象提出解釋,並提出未來研究展望。

智慧醫療-基於階層式機器學習的心律疾病檢測系統

本文提出了一種階層式兼投票式的心律疾病智慧醫療檢測模型,以MIT-BIH心律資料庫為基礎,建立了兩種判別模型。模型一針對正常心跳N及較常發生的V、L、D、R、A(見表3)五種心律疾病進行單一疾病分類;模型二針對疾病較多的N、SVEB、VEB、F、Q(見表4)五類進行分類。採用階層式模型使各層獨立訓練、二分法使資料量均勻;在階層式模型上增加投票式模型,使各層以多種機器學習共同判斷,並按各機器學習訓練之準確程度調整比重。研究結果顯示,模型一最終準確率達99.01%,五種分類類別中有四種召回率達97%以上;模型二整體準確率98.74%,N、VEB、SVEB、F、Q五類召回率分別達99.5%、97.1%、83.6%、77.8%、85.7%。兩模型對於心律疾病判別準確率均較近年論文有所突破。

龜神效應?—大臺北地區秋冬季節地形降雨探究

以學生所居住的新北市三重區為研究地點,探討秋冬季節大屯山區對東北季風造成地形遮蔽,形成背風面降雨偏少的 雨影現象(龜神效應)。首先蒐集並分析2023年10~12月大屯山區的迎風面與背風面影像及氣象資料,再進一步探究長時間五年氣象參數特性,最後以模型實驗模擬東北季風受地形屏障形成的降雨差異現象。結果發現:迎風面與背風面四個研究地區中,五年數據分析顯示降雨量最少是背風面三重區,表示地形遮蔽的雨影現象在三重地區確實存在。東北季風帶來的氣溫越低、溼度越高、風速越強、風向偏東北方向時,迎風面的降雨越多,且迎風面與背風面降雨有明顯差異。水氣通過山區模型實驗,可以呈現東北季風通過大屯山區地形遮蔽作用所造成的降雨差異。

凌波微步-漂、浮體於振動液面之運動狀態探討

本報告旨在探討不同形狀的物體在振動液面上的運動現象,通過改變物體形狀、漂與浮的狀態,及實驗時的振動條件,觀察物體的行為,並以液體表面張力、漂體與液面夾角的變化、振動模式與流場狀態解釋。研究發現:疏水性漂體因表面張力漂在振動液面上時,其重力會造成液面凹陷,由於漂體形狀對稱性質與質量分布差異,造成各端點與液面夾角不同,液面為漂體提供不同方向與大小的作用力,並產生不同的流場,使其移動與轉動,其(角)速度受液體種類、振幅、頻率、漂體質量影響。此外,在振動液面上移動的漂體與其他漂、浮體間會因為液面狀態互相影響產生交互作用力,進而出現吸引、排斥、繞圈的現象。

有捨有得,平衡之道

本研究的結果如下:一、對於1xn方格表,快速排法為每格填0其可填1的個數最大值=0。對於mx1方格表,快速排法為每格填0其可填1的個數最大值=0 。 二、當m>1,n>1時,2xn方格表快速排法為一半方格填1,一半方格填2,如圖5-2-5在2xn方格表可填1的個數最大值=n,對於mx2方格表,快速排法可以將表格旋轉90度,再用2xn方格表的快速排法 即可達成,則mx2方格表可填1的個數最大值=m 。三、在探究原始問題4x5方格表填入最多1的方格數量方法上,推得最佳策略行數=(4n-2m)除以3此最佳策略行數可應用於:mxn方格表,m=3k+1,n=3t+2且3k+1<3t+2<2(3k+1) 。四、對於mxn(m不小於3且n不小於3)的方格表,分成六種類型,推導出可填入最多1的方格數量之快速排法與計數公式的六個定理。

探討奈米銀在不同基板上的表現

表面增強拉曼散射SERS在許多領域中被廣泛應用,可提供快速、準確且非破壞性的方法獲取物質的分子結構和化學組成。本研究主要目的為探討不同粒徑奈米銀所製造出的不同結構基板PET對於檢測的靈敏度,藉以選擇合適粒徑與基板,作為應用在不同藥物檢測的基準。 將硝酸銀(AgNO3)加入水中後解離出銀離子和硝酸根離子,加入還原劑檸檬酸鈉,能使被解離的銀離子還原成金屬銀。而根據還原劑的強弱、多寡,以及配製溫度等,都會影響奈米銀粒徑大小。