第63屆--民國112年

如何以最少的碳排放量，讓燜熱的室內空間迅速降溫？本研究結合熱傳理論及節能建築理念，設計以冷水循環來降低室溫的節能系統，並以空間比例1/6的模擬屋進行降溫實驗。從實驗結果發現：冷卻水管接觸面積越大、彎折越少流速越快，降溫效果越好，其中以回字型排列中央出水的冷卻水管，30分鐘內可將內部溫度降低8.5°C。同管徑的銅管與矽膠管降溫效果，因冷卻水溫高低而改變，低溫時銅管效果較佳。三種循環水桶冷卻方式中，採用冰磚冷卻即可保持冷卻水處於低溫狀態，達到良好的降溫效果，可整合綠能或河水、地下儲水系統等低碳排自然資源，進行冷卻水的降溫及更換，降低冰磚的使用量，以減少系統電能消耗，達到節能減碳的目的。

本研究發現神經胜肽Urocortin能調控腦部的巨噬細胞——微膠細胞的發炎及吞噬作用，同時亦能降低發炎時產生的氧化壓力損傷。我們藉由紅血球與微膠細胞（BV-2 Cell Line）的離體實驗模擬腦溢血病患接受開顱手術後殘留於腦中的血塊與巨噬細胞在腦部的吞噬情形，並透過神經胜肽Urocortin的作用，促進其吞噬作用、調控發炎反應。首先以螢光標籤的方式確認微膠細胞的吞噬作用，再以測量其吞噬量值（Phagocytosis Index）、基因變化（RT-qPCR）分析，推論出當Urocortin濃度為10⁻⁹M，能有效的促進微膠細胞的吞噬作用、抗發炎功效。此研究結果有助於了解Urocortin加速清除腦血腫塊的作用，進而作為開發腦溢血新療法的參考依據。

生活中，常常會遇到身障者坐著輪椅十分不便，並非每一個樓梯旁都有無障礙坡道。本次研究主要為發想新型輪椅輪胎，利用彈簧製作輪軸避震器將輪子內部結構進行改裝，使其能夠適應高低差地形，藉由避震器受力產生壓縮變形的特性，使輪胎在碰到樓梯等障礙物時能夠產生形變，以致於輪椅乘坐者能夠用更省力且有效率的方式爬上樓梯，這次研究會針對新型輪胎在爬上樓梯時的穩定度表現以及動力傳遞上進行檢測。實驗發現新型輪胎雖然在平地行走時整體動力傳遞效率較傳統輪胎來的差，但在克服地形障礙時不論穩定度與安全性皆較傳統輪胎來的佳。並期待能夠應用在輪椅上，使身障者不必倚靠無障礙坡道即可輕易克服階梯障礙，省去尋找與移動上的麻煩。

本研究旨在探討廢棄柿皮與汙泥發酵產氫之可行性及最佳發酵條件。結果指出石柿（Diospyros kaki cv. Stone）與汙泥分別預加熱後依1：2比例混合，加入改良培養基，調整pH值為8並於環境溫度35°C下發酵為最佳條件。修正岡珀茲方程式擬合結果指出每公克柿皮可產生24.32毫升氫氣（R2=0.9990）。此外，等比例放大之發酵規模倍率與產氫能力呈正相關，若以足量柿皮發酵量產氫氣，可以相近效率大規模產生氫氣。本研究亦根據全臺每年廢棄柿皮量推估氫氣產量，並探討計算成本的方法，結果皆顯示廢棄柿皮發酵產氫具一定可行性。此方法可有效轉換大量廢棄柿皮為再生能源，具高度發展潛力。

從研習問題出發，數學模型化使用積木方塊組成嵌合面，聚焦在每個嵌合面與面間「咬合」關係。先探討存在性，發現基本嵌合面受限於單位結構，僅正六面體滿足嵌合正多面體條件。接續，透過「數值」搭配「圖形」分析，找到「n×n×n嵌合立方體建構方法」，稜值奇偶性+8 個角量判別式寫入 EXCEL，代入即可確定是否滿足「嵌合面角量之要求」及「每個嵌合面對應嵌合稜的方位」；再配合稜值—同構稜值、嵌配稜和判斷值可確認 n×n×n嵌合立方體 6 個不同嵌合面組成的正確性。 最後，透過「旋轉運算」得到「3+1 連基本結構」，可在 3D嵌合立方體與 2D嵌合矩形快速組裝轉換；解構 n×n×n 嵌合立方體有6n2−12n+8個方塊，重組成2D嵌合矩形面積最小值公式為n4−3n3−2n2+7n+3，其中 n≧4。

使用葵花油與椰子油分別與蜂蠟以重量比例9：1、8：2與7：3製成六種可食性塗層，塗抹於聖女番茄(Solanum lycopersicum var. cerasiforme)後，分別保存於4°C與20°C共15天，分析聖女番茄之減重率(%)、總可溶性固形物(0Brix)、抗壞血酸含量、呼吸作用速率、pH值並進行感官品質評估，以探究不同可食性塗層對聖女番茄保鮮的效果。 六種可食性塗層皆可有效降低聖女番茄的減重率，延緩pH值與總可溶性固形物的上升，保留更多抗壞血酸，並降低呼吸作用的速率，於感官品質評估中得分亦明顯高於對照組。根據前述六項保鮮效果評估的實驗結果，葵花油與蜂蠟比例8:2組別於4°C保存15天後，保鮮的效果最好。本實驗製作的可食性塗層確實可以達到保鮮的效果並延長聖女番茄的保質期。

我們經過一系列的實驗，確認鎳鉻絲經由玻璃管壁、水將熱沿徑向傳導給氣泡吸收，類似池沸騰作用，大氣泡會因熱傳導效果差而截斷傳熱，降低吸熱效果；同時因氣泡往下方冷水庫延展擴張，除了經由冷管壁傳導、冷水對流置換來散熱外，膨脹變大的氣泡也因表面積的增加而加大了輻射散熱作用。因此，要使波妞的熱管形成大氣泡，且能穩定持續地週期性生滅，需要使其儲熱與放熱速率達到一個動態的平衡，故我們僅能在特定的實驗條件下看到這個現象。此外，在進一步的實驗中，我們將波妞熱管設置了上、下兩個加熱區，意外看到了大氣泡的耦合作用，十分地有趣，也應用作為我們突破管徑過大實驗限制的方法。

本次科展主題為探究屏東與臺灣其他地區海灘樣本的差異。我們選擇了具代表性的屏東地區海灘作為主要採樣點，利用數位顯微鏡比對外觀特徵，電腦影像軟體分析色調，透過篩網分析海灘樣本顆粒大小比例，並檢測其酸鹼性、硬度和KH等性質。 結果顯示，屏東和小琉球海灘主要由珊瑚、貝殼和少量有孔蟲殼體等生物碎屑組成，呈白黃色調；而臺灣其他地區的海灘沙粒主要由岩石碎屑組成，呈灰黑色。單位體積海灘樣本的重量測量結果並無明顯差異，水溶液的酸鹼值大多呈弱鹼性，TDS數值顯示不同區域的海水組成和溶解物有所差異，但屬於珊瑚砂海灘樣本的KH值平均超過10。這些差異是臺灣地理位置、河流侵蝕搬運堆積和沿海海流等因素共同作用的結果。

前人大多研究大型蟻群的職務 (task)分配，但對於新建蟻巢階段的研究少，因此本實驗想了解白疏巨山蟻(Camponotus albosparsus)新建蟻巢階段的職務分配。研究發現，在大空間中，蟻群會增加偵查時間，但不影響蟻群整體的職務數量，但工蟻數量增加時，會使每隻工蟻負責較少職務，然而在新建蟻巢階段的工蟻負責的職務不固定，不同時間工蟻會負責不同職務。本實驗以肉眼觀察，發現其耗費時間及人力，因此開發Tracker追蹤工蟻職務，雖然Tracker無法觀察工蟻細微的職務，但可更快速的分析工蟻主要的職務。未來資訊人員可使用Tracker觀察蟻群職務後，並參考蟻群分配職務的模式，評估最佳化的職務分配模型，運用在人類的企業管理。

本研究探討了使用回收塑膠寶特瓶製作PET線材的可行性。我們設計了數個不同功能的模組並使用TINKERCAD 3D建模軟體進行了優化，使過程更為穩定和高效，同時也考慮了減少廢棄物的製造量，以達到節約成本、保護環境的目的。 研究發現，為了得到品質更佳的成品線材，需要在生產過程中控制PET條寬度均勻性、拉線速度、加熱頭溫度、加熱塊支架變形和加熱塊溫度浮動等因素，以確保成品線材的品質。此外，本研究也嘗試將所有模組整合在一個平台之上，探討製作出一台具有全功能機器的可行性。 最終，本研究成功實現將使用過的寶特瓶變成PET線捲的目標。未來，我們將繼續優化該機器的設計，增加自動化程度，並探索更加環保的製作方法，以達到更加可持續的生產方式。