全國中小學科展

第59屆--民國108年

流動蝶口-從澎湖再捕獲青斑蝶分析其冬季擴散的族群變化

研究以再捕獲青斑蝶進行族群大小推估,發現2018年澎湖西嶼西堡壘青斑蝶族群極大值在800~900隻之間,極大值日期11/7,與標放情形相符;澎湖青斑蝶族群大小受遷入與遷出影響,研究發現同一天標放的青斑蝶其再捕獲率隨日期降低,而同一天再捕獲率則以最接近日最高,顯示兩種可能:一是抵澎青斑蝶立即遷出,使越早標記的數量變少,另一則是青斑蝶的快速遷入,使族群迅速變大而沖淡原本標記的比率,綜觀2018年冬季澎湖青斑蝶族群變化,由原本遷入量>>遷出量而急速膨脹,11/7達到極大值,而後轉為遷入量<遷出量,族群在1、2週內迅速降低;若配合標放總數推估,西嶼西堡壘和湖西林投步道兩地同時間青斑蝶停留極大值約1000隻,而整個冬季的族群大小則約6000隻。

看得到,拿得到 ── 機械手臂與電腦視覺的結合

本研究使用自製的機械手臂並透過ROS與MoveIt實現機械手臂的路徑規劃,且給予機械手臂自身的視覺系統,並透過深度學習進行物體辨識並使用深度攝影機獲取物體的距離,使機械手臂能夠自行移動到目標物的位置並抓取物體。將電腦視覺、深度學習與機械手臂結合,機械手臂便可以達到自動化,而無須人為操作。本研究所開發的機械手臂系統為完全開源、價格低廉且軟體方面可套用於其他安裝ROS的系統中,十分適合與其他領域結合。而日後在更多自動化的系統上,如物流系統的自動揀貨、行動不方便的長者的輔助系統或是自動化垃圾分類等,使用本系統的電腦視覺、機器人系統,可以讓生活中一些需要人力的事情變得更快更方便。

尼古丁戒斷效應-以斑馬魚為模式之探討

研究發現尼古丁具高成癮性及產生戒斷症狀,為了觀察除了人類以外的生物是否也有類似的現象,我們採用適合作為藥物測試的生物—斑馬魚作為實驗對象,測試斑馬魚在浸泡尼古丁溶液一週及兩週後,以及戒斷後的行為反應,並藉由錄影並觀察個體運動情形,加以量化進行數據分析。結果顯示:經過處理的個體上層總時間明顯低於對照組,顯示其對尼古丁的確有戒斷反應,從其他數據的趨勢亦可看出其差異。將實驗的時間與濃度提升或許差異會更明顯,但斑馬魚對尼古丁之耐受性也有極限。實驗中亦觀察到公魚對尼古丁的耐受性較母魚高,藥物反應也比母魚明顯,在有性別差異的情形下,公、母魚應分開進行實驗及分別探討比較。

以多孔洞材料吸附海水中離子之研究

本研究中,首先找出海水鹽度的最佳測定方式,再使用了多孔洞材料進行海水中離子吸附,並以簡易針筒取代傳統層析管,降低成本並增加㩦帶便利性。實驗中發現多孔洞材料中孔洞材料的吸附效率較高,由於孔洞材料表面可藉由酸化前處理使其帶正電荷以提升離子吸附量,並探討溫度、時間、溶液種類及濃度等變因的影響找出最佳化結果。除此之外孔洞材料也可透過離子交換增加吸附能力,利用鹽化前處理將孔洞材料孔洞填入鈉離子後再與銀離子進行交換,提升吸附力。從實驗結果中,我們得知酸化與鹽化前處理的機制雖然不同,但都能有效降低海水鹽度,且與市售陽離子交換樹酯比較,淡化海水的能力大幅提升。期望能藉此基礎在未來開發便利且低成本的海水淡化法。

「針」有意思!─芸香科金橘葉與莖刺生長空間幾何與特性之探討

大自然植物生長的機制,往往蘊藏著驚人的幾何原理。本研究以常見的「芸香科金橘」為研究樣本,觀察發現金橘莖刺長於葉腋處,其下是生柄葉及葉片,且彼此成對交錯互生,莖幹中段部位之葉與莖刺生長大小比例明顯較為固定。 本研究藉由規劃便利有效率的編碼規則與標示方法,配合自行改良設計的數位測量儀器,進行金橘葉和莖刺的生長空間幾何之測量,發現金橘葉片長與寬比例近似於黃金比例1.618,葉與莖刺分別以順時113°與逆時109°多條螺旋規律生長,且繪製生長空間幾何分布圖,分析發現葉與莖刺生長受緯度之季節日照影響;另透過顯微設備觀察發現兩者均佈滿油腺,經檢測皆具酸性(PH5~6)成分,運用本研究結果建立3D模型,可提供後續深入探究與應用之參考。

「擊擊蠅蠅」─探討東方果實蠅之防治

台灣的農業現在飽受東方果實蠅的侵害,許多農民叫苦連天,辛苦的收成就這樣毀於一旦。於是我們尋求了師長的協助,以及教授的指點,展開我們的研究。起初,我們查詢資料了解它,並飼養東方果實蠅,觀察其幼蟲變成蟲的過程。再來經由實驗找出幾點吸引東方果實蠅的誘因:趨光性、黃色、芭樂,並結合所有誘因及我們所了解的知識,從高中生的角度和低成本的觀點切入,做出「科學誘捕器」。做出後,實際放至野外觀察,再將其缺點改善後,改良出「終極生化誘捕器X(STBX)」,再放出野外實驗,將得到的結果記錄了下來。希望此研究能對未來農業展現一份心力。

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。

「球」破樓出

在本次的研究中,主要在探討Google面試問題。我們將題目的「快速」明確定義為平均次數最少,並用總樓層10為例推出通式,透過平均與隔層數之函數求出固定隔層數的最佳解。再透過觀察圖形表格,移動表格後建立數格圖的概念,尋找更佳結果,找出更理想的解答方法並與Google解答比較。之後,將題目的兩顆球延伸至三顆球,利用之前推導次數的概念,將二維數格圖擴增至三維立體數格圖,並找到適合所有樓層的最佳解法。

運用地震儀測量河川流量

河道中水流會產生振動,由岩石傳出去,若在河流旁裝地震儀,是否能測量水流量?本研究在曾文溪河道旁安裝地震儀,測試地震儀應用於觀察水流水量是否可行,並拍攝水流影片,再利用大尺度影像質點速度測量法計算流量,目的要與地震儀紀錄做比較。計算地震儀資料中每分鐘振幅的最大值和平均值後,發現資料能反應水流變化,特別是將記錄濾波在頻率10到50赫茲間。我們利用流量與振幅的關係,提出能計算流量的公式。地震儀紀錄轉換為時間-頻率圖時,也可看出水流變化。分別觀察水位上升與下降時,發現振動能量上升與下降並不尋相同的軌跡變化,推測水位上升時有石塊搬運作用,而下降時沒有。此可稱遲滯現象,表示地震儀可觀察水流變化與土石搬運作用。

蜂膠是自由基的剋星嗎?

蜂膠 (Propolis) 常作為健康食品,但目前科學文獻中均未提供充分證據證明食用蜂膠是否可保護人類細胞 DNA 免於氧化性損傷,故本專題目的是探討添加蜂膠是否能保護人類 HepG2 細胞免於 DNA 氧化性損傷。以細胞存活率分析 (MTT assay) 得知添加蜂膠可增加細胞存活率,並以細胞內活性氧物質之測定法 (intracellular reactive oxygen species, ROS) 得知蜂膠可降低 HepG2 細胞因 H2O2傷害所產生的 ROS 量。再以單細胞凝膠電泳實驗 (Single Cell Gel Electrophoresis assay, Comet assay) 發現蜂膠減緩 H2O2 對細胞所造成的雙股斷裂損傷;最後從同源重組活性測試 (Homologous Recombination Assay Kit, HR) 觀察到細胞單獨以蜂膠處理, HR活性未明顯增加。 因此,推測蜂膠可能對於 H2O2 所導致的氧化性 DNA 損傷具保護機制,但不具修復DNA損傷之作用,主要可能因蜂膠具抗氧化性而抑制肝臟內 cytochrome P450 酵素活性,因而無法產生 ROS 有關。