全國中小學科展

第59屆--民國108年

具有區塊鏈之IOT用電系統

現代生活中電能扮演非常重要角色,由於使用者型態多而複雜,甚至因電能過度開發造成能源與環保問題,於是電能品質與資訊至為重要,結合新穎的科技技術改善目前電能管理,達成智慧化用電能系統成為現代電能管理顯學。 本研究概念來自物聯網(IoT)與區塊鏈技術,將二者結合並應用於電能管理系統上,使用戶端使用者與供電管理者皆有用電資訊平等權,進而達到更佳的用電資訊安全與節能效果。研究內容除了製作電力模組為物聯網電能系統之感知層,與無線傳輸模組及嵌入式樹莓派處理器前端伺服器組合而成網路層之外,更著重於應用層之後端區塊鏈伺服模組。目前研究已有電能資料、帳單與交易之工作量證明成果,所以具有公開不易篡改與交易節能功能。

芬達棒棒棒-童玩中有趣現象之物理變因探討

芬達棒是一款旋轉時能產生像泡泡一般視覺效果的玩具,並且在來回轉動時會出現結點。我們利用步進馬達連接芬達棒,運用MEXE 02程式設定參數來探討結點位置與不同轉動狀態的關係。最後針對結點位置結果來分析推論造成其可能發生原因。

「膠」情「非」淺-探討魚鱗膠原蛋白的凝聚及水解分析研究

魚鱗往往被當成廢棄物丟棄,其實魚鱗中富含膠原蛋白,具有凝膠性,且會被蛋白質水解酵素分解成更小分子的胺基酸。因此,我們設計了一系列實驗來了解魚鱗膠原蛋白的提取、凝膠與水解現象。研究發現:1.熬煮不同時間會影響魚膠提取量。2.製程改用玻璃鍋具或悶燒鍋能增加魚膠提取比例。3.驗證傳統製程中加入白醋或檸檬汁的步驟,是為了有去腥的功能。4.魚膠的凝膠性會受濃度與溫度的影響。5.在了解木瓜酵素會使魚膠產生水解現象後,透過TLC檢測魚膠水解液與胺基酸標準品比對,發現魚膠水解液確實分解成更小分子的胺基酸。6.藉由品評了解魚膠運用在凝膠食品上有其可行性。從我們的探究,可推廣將魚鱗廢物利用,成為一種愛物惜物的綠色行動。

廢棄物大改造-環保創新多功能攜帶式空調

本研究的產品目標為輕巧攜帶方便,計可用於室內小坪數的房間,和室外露營場所,直立式設備配合台灣窗戶形狀,並透過配重均勻設計可安裝於窗戶或者直接放置於地面,而目前國人露營風氣盛行,但全球暖化的影響,在郊區的露營區夜晚的舒適度。研究成果經過性能測試,可以有效將四人帳在環境溫度控制在30℃下有效降溫至人體舒適溫度22℃,並且在環境溫度控制在19℃下,可將帳棚內溫度保持在28℃。証明此設備是可以做冷、暖氣器使用。

換”屋”方程式—綠色細螯寄居蟹Clibanarius virescens之生態與殼戰研究

綠色細螯寄居蟹(Clibanarius virescens)是潮境潮間帶常見的一種寄居蟹,透過每月穿越線調查與方框採集實驗,發現牠們聚集出現與繁殖有很大關連。三-九月是牠們的繁殖季,母蟹體型小但數量多,且會有將近一個月的抱卵。 裸蟹選殼會以空間優先考量,過大過小都會想更換,小體型的多半選擇海蜷螺殼,大體型的則會以珠螺、鐘螺為主。殼戰要發生必須有一些共同存在的條件:1處在容易碰到的環境;2本身殼內空間不足或有破損;3體型比對方大;4對方的殼是自己喜歡的。殼戰行為模式:檢查-口對口-攻擊-出殼-換殼-離開,需在雙方獲利情況下,才會有較高的換殼機率。 透明的3D列印螺殼,雖然有助於了解殼內行為探究,但仍無法取代天然殼,天然螺殼還是牠們最好的家。

黏TT的滋味—客家桔醬出瓶大解碼

本研究源於觀察外婆倒桔醬,無法控制速度與流量,而展開實地探訪與實驗。結果發現: 一、桔醬製造過程經高溫殺菌後,直接充填至瓶內,採用窄口玻璃瓶,以減少發霉機率。 二、 低溫、濃度愈濃,倒出時間較長。黏度愈大,黏著在肉片的量較多。 三、傾斜角度60度,震動瓶身後方,桔醬出瓶時間較快。以每秒搖動3次的頻率,能快速倒出桔醬,但會在瓶口出現桔醬甩動的情形。 四、桔醬會從下方壓力較大,或較短的吸管流出。上方入口細,下方出口粗最快流出。 五、吸管旁鏤空,流速不快,但穩定,能在1分鐘內流出30g桔醬。 六、最佳設計裝置是:隔板0cm作為分流裝置,並加上瓶身後方震動,平均能在8秒讓低溫的桔醬流出30g,且控制於下方出口流出。

"葉"來YA有電---葉綠素電池

地球暖化碰上環境汙染,生活在二十一世紀的我們,幾乎天天都要面對PM2.5的難題,活動也受限於呼吸困難、不能外出。風力發電還是核能發電?是個大課題!身為小學生的我們也很著急。看到虎尾科技大學的教授與學生合力發明了葉綠素電池的報導,讓我們興起何不動手做做看的念頭。利用身邊隨手可得的植物葉子,萃取光合作用後產生的葉綠素後,透過適當的封存在自製的電池裡,讓它產生電力,連接在生活中常用的小電器,提供一般日常生活之所需,減少使用需要回收的電池量,隨手做環保。實驗中發現應用植物的葉綠素真的能發電!但是跟葉綠素多寡和天氣息息相關,如何萃取葉綠素?萃取後的封存方式是關鍵,可以決定電力的可利用情形,也是本實驗的課題。

「遊」「銅」花之美

本實驗利用硫酸銅溶液進行電解,搭配自己設計的簡易型實驗裝置,製作出具紅色金屬光澤的平面式銅花。我們採用削尖的石墨棒當負極,圓形的銅片當正極,並使用添加了3滴 1 M鹽酸的0.5 M硫酸銅溶液30 mL當電解液,搭配自行研發設計的三明治裝置,能在10分鐘內生長出最大寬度4.8 cm、具對稱性的平面式銅花。 我們還設計出綠色化學之銅花微型裝置,除了可讓師生們能在教室進行電鍍銅的實驗,還能搭配製作銅花書籤,將藝術融入自然科學中,更能大大減少硫酸銅的使用量,達到「低污染、可回收、省資源」等減量減廢之環保理念的綠色教學。

微生物源尿酸氧化酶催化尿酸降解與高尿酸檢測

尿酸氧化酶參與嘌呤代謝機制,然人類尿酸氧化酶基因已退化,易使過量尿酸沉積於關節造成痛風,因此微生物源尿酸氧化酶具極高研發價值。 本研究針對微生物源酵素進行基因體探勘,篩選出抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)及耐熱雙球桿菌(Thermobispora bispora)源尿酸氧化酶基因,取得尿酸氧化酶重組蛋白質進行酵素活性測定、熱穩定分析、蛋白質結構解析、酵素對金屬離子耐受性分析與尿酸檢測應用。抗輻射奇異球菌源酵素於30℃催化速率較過去報導之酵素佳,而耐熱雙球桿菌源酵素於70℃催化效率與熱穩定性仍佳。解析耐熱雙球桿菌源酵素結構發現羧基端具特異性構型,推測與熱穩定性有關。本研究的兩種尿酸氧化酶,可分別作為降解尿酸的速效及緩解型藥物,並開發成快速檢測尿酸的簡易方法。

蘚苔植物的妙用─以苔土種植豆科植物之研究探討

蘚苔植物是最早出現在陸地上的植物,具有角質層可防止水分散失,但不具維管束,所以個體矮小。我們選用三種蘚苔作為實驗植物:地錢、土馬騌及泥炭苔,在停止澆水10天後,發現三種蘚苔皆呈現枯黃樣,接續每日澆水,只有泥炭苔可恢復原本翠綠色;地錢部分變綠;土馬騌枯黃的地方持續枯黃。利用蘚苔作為基質來種植豆科植物,我們發現豆苗發育良好且停止澆水後仍有明顯生長(p<0.05)。研究中我們在地錢內萃取出萜類油體,將此萜類進行黑翅蕈蚋(Sciaridae sp.)的趨性測驗,發現黑翅蕈蚋皆呈現負趨化性(遠離萜類)。地錢不但可維持濕潤且含有養分,因其具有萜類油體的味道,使黑翅蕈蚋不喜靠近,所以可作為良好的苔土基質。