第61屆--民國110年

有臭臭味的天然沼氣是一種混合氣體，其產生與廚餘和甲烷菌的厭氧化學反應有關，屬於生物化學的一部分。在甲烷菌吞噬廚餘的過程當中，可以將廚餘轉換成可利用的天然沼氣(主要是甲烷)，是較為環保且潔淨的再生能源。沼氣是看不見的氣體，若無特殊的器具，是無法知道在沼氣生成時，周遭的環境發生了哪些變化。因此我們利用人工智慧(AI)軟體–mblock編輯程式，加上編寫甲烷和廚餘酸鹼(pH)值的量測程式，監控收集沼氣時的實際狀況，判斷沼氣收集的時機。透過數據的分析，定義出沼氣最佳的生成條件。實驗的結果顯示，發現在沼氣生成的過程中，廚餘會先酸化，pH值會先降低，然後趨於穩定。在我們的測試中，澱粉含量較高的廚餘搭配購買的粉體菌組合，可以產生最多的甲烷。

疫情導致醫療口罩需求與丟棄暴增，讓石化塑膠污染日趨嚴重。我們從自製聚乳酸PLA環保口罩過程中，發現新創減塑、友善地球元素可能性。首先改裝棉花糖機、自製鑿孔鐵罐頭加上5克重PLA粒子加熱抽短纖維﹔篩選幾種加熱器具實驗後，用離子夾模擬熱黏合法的「熱軋」模式成功將短纖維→不織布﹔以自製PLA不織布當口罩本體，搭配鈕扣型耳掛(布縫橡皮筋)兼具舒適、牢靠度與可重複再使用。與國家隊口罩實驗比較，發現外層撥水性與內層透氣性都較佳。 為了讓口罩「國家隊」晉升為「地球環保隊」，本研究以日常生活用簡單工具自製口罩、檢測並規劃符合PLA特性的全分解制度，減少塑料泛濫對於地球的負擔。期望達到「口罩保護人類、人類愛護地球」的雙贏境界。

我們發現學校、家裡到處有灰塵，室外的灰塵會經由紗窗進入室內，無論在櫃子上、桌上、地上都常常有灰塵，心想如果利用靜電吸塵的原理，讓靜電導入紗窗，是否能成功阻擋灰塵進入，來改善室內空氣品質，實驗結果發現我們研發的靜電紗窗，確實能攔截灰塵，攔阻80—90％的懸浮微粒進入室內，且透過並聯兩台靜電產生器的效果尤佳；同時利用線香煙粒，發現線香在通風環境正常燃燒下，靜電紗窗也可延緩室內空氣品質惡化。我們成功地在不鏽鋼紗窗上裝置自動型靜電產生器，研發出靜電紗窗來取代市面昂貴的靜電紗窗，有效地減少灰塵進入室內，維護空氣品質。

我們想要了解哪些食物含有單寧酸，首先要選用適當之指示劑來檢測單寧酸，經過測試後，選用硝酸鐵溶液來當指示劑效果最好。用硝酸鐵溶液分別滴定市售瓶裝飲料茶、市售茶包浸泡之茶液、咖啡豆浸泡之黑咖啡、多種水果與果乾，可發現瓶裝烏龍茶、瓶裝紅茶、三種茶包和咖啡豆泡成的黑咖啡都含有豐富的單寧酸。然而市售A品牌瓶裝綠茶因添加維他命C，水果和果乾裡也含有維他命C，因而無法以少量硝酸鐵溶液滴定來判斷是否含單寧酸。 最後，我們也想出以照度計來分析單寧酸與鐵離子產生錯合物的透光程度，我們研判三種茶葉中，綠茶的單寧酸含量最高；烏龍茶單寧酸含量次之；紅茶單寧酸含量最少。

我們利用注射針筒的結構，將活塞推至底後封住針孔，用力將活塞往後拉動並釋放開來，大氣壓力會推進活塞並撞擊筒身，使針筒發射出去，我們稱之為針筒火箭。為了探討其發射機制與增進其發射能力，過程中意外地發現少量的水(5ml)對其發射能力有非常好的效果，垂直發射最高可達6公尺高，是原本針筒的2~3倍。據此我們深入探討水量多寡對火箭發射能力的影響與其在發射機制中扮演的角色，並釐清活塞質量與摩擦力等相關因素對發射機制的影響。最後，我們成功的以最佳的發射條件，加裝火箭的尾翼與彈頭，完成針筒火箭的發射測試，其射程最遠可達10尺左右。

公廁裡的垃圾桶常有衛生紙滿出來，甚至掉到地上很不衛生，其實稍微擠壓一下就好了，但一般人都覺得噁心而不會這麼做，且在COVID-19疫情期間，如何避免接觸是重要的課題，因此我們想設計一款能夠解決這個問題的垃圾桶。 垃圾壓的愈密實垃圾桶就可以裝愈多，依此，我們改造回收飲料杯，並設計出彈簧伸縮壓縮垃圾桶。實驗發現垃圾桶要頂天立地夠穩夠重，壓縮裝置才會自動擠壓垃圾。經多次改造，這款壓縮垃圾桶，在每次關上蓋子時壓縮裝置會擠壓垃圾，並且隨著垃圾頂到時，壓縮裝置會慢慢縮回增加垃圾桶容量，且清理垃圾後，壓縮裝置會自動恢復。與未改造的原始垃圾桶比較，可多裝155%的衛生紙糰，這款壓縮垃圾桶將可解決公廁髒亂現象。

本研究從古早漿糊開始，想找出不需加熱、製作方便的天然黏著劑；以常用的影印紙製作環保吸管。為增加紙吸管的耐用性，從常見的食品增稠劑中尋找合適的防水材料，發現海藻酸鈉紙吸管效能最好。但實際吸飲不同水溫的開水時，結果不如預期-約使用5分鐘即喪失功能。 目前市售環保吸管以咖啡渣或甘蔗渣添加PLA壓密膠結成型，我們以海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液交聯後形成的膠體乾燥製成海藻酸鈉吸管，添加咖啡渣或甘蔗渣為骨材增加吸管強度，分別以正向晶球法和反向晶球法找出製作吸管的最佳條件，每支吸管的成本分別大約是3.4元和3.8元。不僅能自然分解也不會汙染環境；且使用完後以清水稍加沖洗，吸乾多餘水分，自然風乾後還可重複使用。

果凍塑膠是一種可分解、可食用的生物塑膠，我們分析它的成份，找出果凍塑膠固化的條件，用自製測量工具對實作的果凍塑膠進行耐彎折、拉力、密封性與防水檢測，並利用其特質，發揮創意設計產品。經實驗得出：(1)果凍的原料有吉利丁、吉利T、洋菜粉和寒天粉，這些原料加水混合加熱，經冷卻後，都會固化成形，其中，吉利丁塑料黏度最小，塑形效果最佳。(2)自製原料配比為吉利丁：水：甘油 = 6：60：0(單位g)的果凍塑膠體積收縮率最小，拉力最大。(3)自製原料配比為吉利丁：水：甘油 = 6：60：4.5(單位g)的果凍塑膠耐彎折、密封性和防水效果最好。(4)我們利用自製的吉利丁果凍塑膠發揮創意設計保鮮膜、餐具、透明便利貼、吊飾等產品應用在生活中。

本實驗探討以蝶豆花及風茹草的萃取液，以不同比例混合調配成防曬乳，並以儀器測量各混合比例的防曬係數，以及比較各混和比例的抗氧化活性高低。市售的防曬乳多半會加入化學添加物，皮膚在短時間內雖能具有阻擋紫外光效果並可產生光澤，但也會加速肌膚老化，長期使用可能會累積這些物質於皮膚上，實驗目的是希望以自然的素材，例如以蝶豆花及風茹草萃取物中的天然成份，調配出同時可具備抗氧化活性及防曬(抗紫外線)效果的防曬乳，搭配分光光度計以及自製的紫外線強度檢測裝置測量出兩者混合的最佳比例，並將最佳比例製成的防曬乳與市售防曬乳進行抗氧化活性及抗紫外線能力的比較，如能接近市售防曬乳的上述效果，即達到本實驗的探討目的。

我們撰寫腦機介面程式，用低成本單電極的腦波儀讓智能車移動，實驗後發現專心度會隨著訓練而提高；在過程中看出每個人的腦波好像都不相同，所以嘗試從大量又凌亂腦波信號中萃取到四種有用的統計特徵值，再用近鄰演算法做生物辨識，正確率達到九成七以上，並實做出創新有趣具腦波解鎖應用的智慧家庭系統。此系統運用圖形的mblock、程序的C和交互式的Mathematica等程式語言，特色包含可傳訊息到手機上的緊急救難LINE通知功能和中文語音合成功能。設計出固定式的跌倒偵測和一氧化碳偵測裝置，與整合各種元件的腦波可控智能車，能自主偵測環境指標和災害意外指標並能適時提醒。我們相信唯有探索最難破解的大腦祕密，才能朝向直接用腦訊號控制和意識交流的方向前進。