第61屆--民國110年

自然課「水溶液」單元，我們好奇怎麼得知溶液中溶質的濃度？鹽是生活中常用的佐料，但鹽攝取過多有礙健康，因此我們決定探討溶液中的鹽度檢測。針對純鹽水，自製比重計、光折射率及通電電流都是可行的方法，鹽的濃度越高，比重計的沉水深度越淺、光的折射角越小、通電電流越大。加了糖的雙溶質溶液，自製比重計、光折射率都會產生偏差，糖的濃度越高產生的影響越大，運用光折射原理的市售鹽度計也一樣會產生偏差；通電電流的檢測方式，糖濃度5％以上，電流會受影響而變小，但當糖濃度5％，通電電流並不會產生明顯影響，因此我們以通電電流來檢測市售火鍋湯底的鹽度，能有不錯的成效。改以太白粉為第二溶質會產生黏滯性，適用的濃度則為3％。

近年來，全球均溫持續上升，是重要的環境議題。本研究在分析宜蘭地區主要兩個行政中心，即宜蘭市、羅東鎮的熱島效應UHI值。我們利用中央氣象局觀測資料查詢網站CODIS所提供的氣象資訊，來探討各個時間點上宜蘭溪南與溪北的UHI值變化與其關係。根據研究結果發現：宜蘭市、羅東鎮於2011~2020年間的年均溫均有逐漸上升的趨勢，最高可達1.3°C。整體來說，兩地區春夏兩季的熱島強度較高，其次是秋季，冬季則最小；受到海陸環流的影響，使得白天的熱島中心偏向陸地(西)側，晚間則偏向海洋(東)側；羅東鎮的熱島效應較宜蘭市區明顯。

本研究選用曼特寧咖啡豆於「中深烘焙」過程所產生懸浮粒子數值變化做為預測空氣品質與推斷咖啡烘焙程序，如此可讓工作者預測空氣狀況而因應改善，也可進一步了解烘焙過程之操作誤差。為了確保烘焙程序可信度，本研究提出了結合區塊鏈與人工智能技術應用於咖啡豆之烘焙操作履歷。 「中深烘焙」操作履歷包括烘焙程序履歷與推斷程序履歷，前者為與烘焙操作程序對應之懸浮粒子數值，後者為推斷烘焙程序之人工智能模型。 程序履歷是將烘焙中產生懸浮粒子區塊鏈化，而後再將不可篡改懸浮粒子區塊提供給人工智能訓練使用，將訓練完成後模型加入同一條區塊鏈上形成推斷程序履歷，因此區塊鏈具有懸浮粒子資料與人工智能模型不可篡改雙重性烘焙履歷。

銀合歡是澎湖島及台灣山地普遍存在的強勢外來植物，本篇利用自製燒碳爐將銀合歡燒製成生物碳及活性碳，與市售符合NSF-42規範的椰殼活性碳比較。自製銀合歡活性碳於甲基藍色素吸附脫色實驗中，在攪拌2~5分鐘即吸附甲基藍色素，此外吸附甲基藍色素後無法再釋出，導電性與乾電池的石墨棒相當，12小時吸附93%以上醋酸分子，其表現能力與市售椰殼活性碳毫不遜色，未活化的銀合歡生物碳也呈現相當的吸附能力，實驗室高溫爐製的銀合歡活性碳性質更是超越市售椰殼活性碳。本篇結果提供外來物種銀合歡砍除的經濟誘因，提高廢棄物經濟效益並符合碳保存的環保趨勢，達到兩全其美的解決方式。

本研究利用微機電感測器，在阿蓮、仁德、新化、善化、太康、新東、鹿草、永定、土庫、溪洲十個地下水位站，收集台灣高鐵行經時的振動特徵。我們發現不同位址的地表震動紀錄，顯現豐水和枯水期有最大振幅和主頻的差異。豐水期的主要振動頻率較低頻而振幅較小，由於主頻和天然地震的表面波頻率相仿，可能指示高鐵振動在在地表的鬆軟土層的共振效應。我們並發現，各站的震動特徵和地下水位資料相關：與當地下水位在乾溼兩季落差較明顯時，主頻的高低落差也較明顯; 而地下水位離地面較接近，產生的主頻較其他地方來得低頻。阿蓮至善化地區較無地層下陷情形，故高鐵在豐、枯水期的振動變化較能直接反映地下水位之改變。本研究提出連續的背景震動源（高鐵行經的振動）能讓我們釐清地下水位與地面振動的關係，以及季節性變化凸顯出的振動特徵差異。為研究地下水位與高鐵振動型態之相關性，未來可以無地層下陷或地層下陷不明顯區域為研究目標，如阿蓮、仁德、新化、善化地區，以作更深入的相關性分析。

研究首度發現果莢兩種捲法，是因果皮的三種細胞薄壁細胞、厚壁細胞及纖維的排列及厚度不同導致，其中厚壁細胞收縮最大。成熟時 內果皮收縮較外果皮多， 常瞬間爆開，之後形成 內捲式 螺旋 測得種子最遠達 9 公尺，平均速度 6.5 m/s ，彈出力最大 0.55 N ；老化後，形成外翻型。 纖維斜向造成螺旋，越平行越規律 ，在螺旋中發現內捲外翻的單節螺旋長與纖維夾角和果莢旋轉圓周有不同 的數學 關係。果莢 傳導不佳，但可吸 放 水蒸氣及輻射熱，改變含水 量 ，促使 開裂 及捲度的改變。 分析 22 個果莢 的 型態，加上以高溫尼龍線材及 乳膠模擬 纖維與厚壁細胞，發現 果皮 收縮 程度 大 、 寬度越小及 纖維角度 越大會使捲度提升， 另分析五種果莢 也得證。各果莢已演化出特有開裂與捲曲幫助傳播。

新冠肺炎疫情猛然爆發，全球各地都陷入恐慌，在關注疫情同時，我們也注意到國內醫護人力嚴重不足的警訊，所以我們嘗試利用本次的實驗作品，期許能以科技的便利，增進護理工作的效能，進而降低護理人員的工作負擔並提升醫療品質。 以往注射點滴時，護理師需親自監控或委請病患家屬幫忙留意點滴液位，於是我們嘗試使用樹莓派連接攝像頭來讀取點滴液位並顯示在樹莓派和網頁上，當液位低於我們所設定的數值時，LED燈和蜂鳴器會發出警示，同時IFTTT會發送簡訊通知護理師，達成以科技功能提升護理人力效率，並改善人力不足的問題。

創作爬樓梯機器人時，我們先進行校園樓梯實測，發現學校樓梯高度介於13~ 17.7 cm，材質也不一樣，小組決定以學校數量最多的樓梯尺寸為基準，進行實驗。查詢市面上爬樓梯機器人的構造，發現車子的電力、扭力要夠大，輪子形狀至少3個輻條以上，前後輪的車軸距離要在兩個階梯的斜邊頂點以上，接觸點的摩擦力要足夠，才能避免下滑。 因此，小組決定將爬樓梯機器人原型設計成車子的結構，讓輪子能與地面有較多的接觸點，上方也可以載物，讓實用性提高。結果發現最佳組合： 1.車身設計：山型車身、彎曲角度130度。 2.車輪大小：車輪直徑＞樓梯高度1.5 cm以上。 3.車軸設計：輪距前寬後寬、軸距＞樓梯斜邊長+前輪直徑。 4.載重位置：身體前上方，靠近馬達10 cm處。

畜牧廢水中含有大量的氮、磷，排放前需先經過適當的處理過程。本研究利用五種不同的微藻藻株SU1、TU5、ESP-6、Tai-03、FSP-E來淨化畜牧廢水。先將上述五種藻株放入BG-11培養基中，觀察五種藻株的生長曲線和氮殘餘量，其中SU1的生長速率是最快的，但五種藻株最後一天的氮殘餘量是差不多的。再將SU1放入不同濃度的畜牧廢水，觀察藻株對廢水處理的表現，包括氮、磷的去除率、生長曲線、化學需氧量的變化等。最後將在廢水中生長最佳的藻株大量生產，並利用微藻中所含的養分製成液態肥料，提供植物生長所需養分，觀察植物的生長速率及外觀、判斷微藻液肥是否有效促進植物生長。種植後發現適量的液肥確實能夠加快植物生長速率並且順利的生長。

荖葉通常出現在檳榔攤用來包檳榔，造成世人誤解以為是導致口腔癌幫兇，但從各類文獻資料得知荖葉有很多功效，例如：清潔去污、抑菌、去味。為了證明荖葉並非只有壞處，因此製作清潔劑研究它去除碗裡污漬的能力、並將荖葉應用在六年級下學期發黴實驗來試驗不同比例荖葉葉子水放入牛奶和吐司會不會抑制發黴，更試著製作荖葉洗滌皂去除布上污漬，最後我們與家鄉四芳社區交流合作，將它應用在生活清潔用品、甚至製作放入藥材及料理中。透過深入認識在地特產荖葉，我們不只希望幫忙荖葉去除汙名，更希望為家鄉的荖葉產業注入新的可能性，開發本地特色產業。