全國中小學科展

第60屆--民國109年

「微」鋼琴三部曲

現代科技日新月異,許多人慢慢的接觸了程式設計,例如:Scratch、mBlock、micro:bit。我們的研究以micro:bit作為程式設計,先探究生活中物品的導電性,再以這些可導電的物品加上micro:bit的程式設計,運用「琴鍵編碼表」的邏輯概念,以最少的接線,設計出以下三種可攜帶的科技鋼琴:1、西卡紙與導電材質結合;2、塑膠鍵盤與導電材質結合;3、木片與導電材質結合。只要輕輕的按琴鍵,就可以彈出一首優美的簡單樂曲。為了突破微鋼琴的琴鍵數量限制,我們增設降8度及升8度鍵,可增加彈奏的音域。另外我們也運用了micro:bit板子上的A和B鍵,一按A或B鍵,micro:bit就會自動彈出一首歌曲,非常有趣。

神秘「果」度─探討神秘果抗氧化及解酒的可能性

由於看到新聞報導神秘果具有能讓酸變甜的效果,也有良好的抗氧化能力,甚至有解酒的效用,引發了我們的好奇心而進行研究,旨在探討神秘果的抗氧化力及解酒的可能性。首先萃取不同保存方式的各部位神秘果,以碘滴定法檢測其抗氧化力,我們發現神秘果的抗氧化力受到不同部位、溫度及保存方式影響,以葉片的抗氧化力為最高,而乾燥保存最能保留色素及抗氧化力。我們另以神秘果中含有的琥珀酸和檸檬酸進行解酒研究,在37℃下使琥珀酸過量時酒精減少百分比最高,而檸檬酸幾乎不與酒精反應。接著以Arduino自製酒精蒸氣檢測器測定不同保存及萃取方式的神秘果解酒情形,以水萃取的濃縮液能使酒精蒸氣濃度下降量較乙醇萃取的多,又以冷凍乾燥的果皮+果肉最佳。

布拉美古塔內的「多生圓」n邊形好正!

本研究由布拉美古塔定理(Brahmagupta theory)的圓內接四邊形的布拉美古塔線,找出二種具有內切圓性質的新衍生四邊形,此特定條件下的圓內接四邊形,會呈現是等腰梯形結構。將特定條件下的圓內接四邊形推廣至特定圓內接五、六、七、八、……、等n邊形中,可發現在多組正交對角線條件下,這些特定圓內接n邊形間具有遞迴關係數量的內切圓,其半徑之間、各自的圓面積與原外接圓面積都有特殊的比例關係。上述衍生多邊形的頂點、內切圓圓心、原圓內接多邊形的對角線與其交點,這些元素間也具有多點共圓的性質。

如「膠」似「漆」-台灣淡水渦蟲黏液黏性及抗菌功能分析

本研究探討渦蟲爬行黏液應用功能。以化學及物理方式分析渦蟲爬行黏液黏性,確認其應用於仿生材料可能性,化學分析利用高濃度膠片及常見醣蛋白染色法PAS與過點酸硝酸銀染色,並以銀染分析做對照,發現渦蟲爬行黏液醣蛋白分子量為15~10 kDa及低於5 kDa部分。物理分析利用自製落球及斜坡實驗,發現渦蟲水溶性黏液黏度為2.7mm2/S,非水溶性黏液具黏滯性使鋼球於斜坡實驗中減速。再來分析渦蟲黏液抑制環境菌能力,探討其開發為抗菌塗料可能性,初步發現渦蟲爬行黏液中含有細菌,並使用無菌過濾渦蟲水溶性黏液進行抑制環境菌實驗,發現其對曝氣水中所收集到的4種革蘭氏陽性球菌產生抑制效果。未來將分析渦蟲黏液中醣蛋白種類及黏液抗菌機制。

消「濕」的密室!黑白交錯下溫度震盪效應之探究

在相同的熱源下,第一部分,以不同黑白管狀體排列方式,觀察黑、白管狀體表面的溫度震盪現象,當黑白交錯排列時,會出現溫度震盪效應,間接驗證物體的溫度與表面顏色無絕對的關係,而是取決於本身所吸收熱量的多寡。第二部分,當均溫箱內的濕度控制在 30 %,水氣的存在會影響黑白管狀體的溫度震盪效應。由實驗結果得知,溫度震盪效應會因黑白管狀體的排列方式有規則性的變化,當黑管狀體的數量增加,溫度差距會變小;黑白管狀體的排列方式也會影響溫度震盪現象出現的時間;在濕度環境下,因液態水的比熱大、溫度上升慢,導致黑管狀體因和水氣溫差較大,熱量會持續由黑管狀體傳遞至水氣,造成黑白管狀體在熱傳導過程中,溫度熱震盪現象消失。

白裡透紅的秘密-搖蚊頦畸形與體內塑膠微粒之探討

繼去年搖蚊生態研究之後,發現紅蟲有頦畸形以及巢穴組成有塑膠微粒。為了探討塑膠微粒與頦畸型的關係,本研究調查南北五處不同溪流的生態環境,檢測各處紅蟲頦畸形比例與巢穴和紅蟲體內塑膠微粒的數量,發現紅蟲體內和巢穴中的塑膠微粒有相關性,頦畸形率與塑膠微粒數量也有相關性;接著針對同一水域不同樣區棲地採樣三處,調查其水質和底泥狀況,紅蟲體內塑膠微粒數量和頦畸形依舊有相關性。最後,採集陽明山成蟲回家產卵,人工養殖於溫泉、純水和排水溝三種水質中,發現即使不同水質,餵食塑膠微粒後,紅蟲頦畸型比例都有不等程度的增加。紅蟲常被廣泛作為水質汙染指標,利用本研究的觀測方法,也可以作為環境塑膠微粒監測的參考。

「蜂」狂「白」「老」匯: Hex70a 蛋白作為蜜蜂長壽因子

蜂巢中,蜂后與工蜂雖同為雌蜂,但牠們的壽命存在極大差距,前者可存活至三~五年,後者平均最大壽命則約為三十天,造成此差異的主要原因正是蜂王乳(Royal Jelly)的食用:蜂后終其一生不斷地攝取蜂王乳,但工蜂僅有在其幼蟲期的前面三日有攝取蜂王乳。工蜂在食用蜂王乳後,體內蛋白質在表現量及種類上便可觀察到明顯的差異。 本研究觀察蜂后(Queen)、餵食蜂王乳的工蜂(RJ;平均壽命約90~120天)、一般工蜂(Control)的體液及細胞全蛋白圖後,選擇大量存在、表現於蜂后(Queen)、餵食蜂王乳的工蜂(RJ)體內Hex70a蛋白作為研究對象;同樣攝取蜂王乳的工蜂(RJ),經過RNAi操作抑制Hex70a基因表現的實驗組,其壽命較對照組是確實有減少的。

實現圖像敘述自動生成之中文化

目前市面上已經有不少產品應用到自然語言處理 (natural language processing, NLP) 的技術,例如聲音或是圖像標註,但是關於圖像標註的研究大部分是針對英文,因此我們想要進行中文的圖像標註研究。在本研究中,我們嘗試建構神經網路,並使用Microsoft COCO: Common Objects in Context 數據集訓練模型,並試著調整模型以達到較好的圖像標註效果。使用深度學習神經網路作為翻譯流程的工具,並嘗試配合各種不同的網路架構。為了能達到從序列到序列 (seq2seq) 的效果,我們的網路使用了編碼器 - 解碼器 (encoder-decoder) 的結構,編碼器的部分使用CNN,解碼器的部分使用RNN,這樣能有效地傳達序列並有較多種神經網路組合方式。

以人工智慧分析眼白影像和黃疸的關聯性

● 研究動機:黃疸為常見肝臟疾病表徵,對於偏鄉缺乏醫療的環境,民眾與醫師需有方便的篩檢設備。 ● 研究目的:利用眼部照片以多元迴歸方程式、深度學習,建構眼白顏色與黃疸程度的預測模型。 ● 研究設備及器材:與中國醫藥大學合作,取得354張眼部照片與膽紅素值,利用Python撰寫程式進行人工智慧運算,及利用Excel 的迴歸工具進行多元迴歸方程式推導。 ● 研究過程:以程式擷取眼白像素,進行多元迴歸分析並推導出預測方程式,同時進行深度學習,計算預測率,並以APP成現。 ● 研究結果:多元迴歸分析得預測率約為45.5%~57.8%,深度學習則可高達88.9%~99%。 ● 結論:我們成功以深度學習根據眼部照片預測黃疸的嚴重程度。

神機鬼械,機不可濕?--最佳化BCF游動式機械魚的運動表現

本研究旨在探討影響尾鰭推進游動式(BCF)機械魚游速的因素。本研究是將市售仿生機械魚進行改良,從材質特性、形狀、面積、夾角、浮力、穩定度及浮心位置等因素著手,改變材質、尾鰭、浮球後,將機械魚放入自製環狀水道,測量機械魚在水道上繞一圈所需的時間,找出機械魚的最佳化配置。本研究總整了35隻機械魚、420筆實驗紀錄,結果顯示:薄PP板(3mm)材質、叉型夾角90°尾鰭、前面浮球向後1cm(浮心極靠近質心)且浮球材質為乒乓球的機械魚,游速最快,成功使機械魚繞環狀水道一圈所需的時間減少27.2%,大幅提升了機械魚的游速。本研究結果,也能在大體積的水道中重現,展示改進市售仿生機械魚運動表現的可能性,有助於提升人們對魚類游泳之仿生機構的認識。