全國中小學科展

第64屆--民國113年

貓鼠終極戰

在這次的研究中,我們在書上看到了一個問題,是一道有關於在棋盤上,貓和老鼠不能看到對方的問題。我們先研究這個題目中棋盤大小、貓和老鼠數量的規律,我們從1×1一路研究到了8×8,並且試著找出在不同棋盤大小的遊戲中,要有幾隻貓才能讓老鼠的平均數量接近2隻,之後我們將 題目設計成對戰的遊戲。 我們首先設計了一個棋盤大小是6×6的桌上型遊戲,並且修改過幾次規則。後來學習了程式設計,把遊戲改到電腦裡遊玩,我們使用scratch寫程式來製作遊戲,並且把原本6×6的棋盤擴大改成了8×8的棋盤。我們在試玩的過程中,又再次把一些不公平的遊戲規則修改了一下,最後我們和同學一起試玩遊戲,製作出了屬於我們的「貓鼠終極戰」。

智慧醫療-基於階層式機器學習的心律疾病檢測系統

本文提出了一種階層式兼投票式的心律疾病智慧醫療檢測模型,以MIT-BIH心律資料庫為基礎,建立了兩種判別模型。模型一針對正常心跳N及較常發生的V、L、D、R、A(見表3)五種心律疾病進行單一疾病分類;模型二針對疾病較多的N、SVEB、VEB、F、Q(見表4)五類進行分類。採用階層式模型使各層獨立訓練、二分法使資料量均勻;在階層式模型上增加投票式模型,使各層以多種機器學習共同判斷,並按各機器學習訓練之準確程度調整比重。研究結果顯示,模型一最終準確率達99.01%,五種分類類別中有四種召回率達97%以上;模型二整體準確率98.74%,N、VEB、SVEB、F、Q五類召回率分別達99.5%、97.1%、83.6%、77.8%、85.7%。兩模型對於心律疾病判別準確率均較近年論文有所突破。

不鈣你-利用自體螢光檢測含鈣程度

我們希望能用簡單、不破壞食材本身的光學方法,就能檢測到食物的鈣含量,研究方法是以牙菌斑顯示機,搭配不同顏色、不同層數的玻璃紙,不需在暗室的環境下拍攝照片,以肉眼觀察亮度與軟體分析RGB三原色並進行探討。而實驗樣品則是以不同混合比例的碳酸鈣水溶液為對照組,再漸進到含豐富成份、外表有不同顏色的食材。結果顯示,多層數黃色、紫色玻璃紙仍具有足夠亮度可以看清樣品,而綠色玻璃紙就完全看不到,此結果與相關的文獻螢光光譜一致,軟體分析RGB三原色強度更進一步確認食材是否為高鈣含量,與文獻上生化方法檢測食品鈣含量高低也有一致效果。

花若盛開,蝶自來;草若拔尖,蝶自棲?─探討來自不同植被高度灰蝶之夜棲行為

本研究探討來自不同草地高度的灰蝶夜棲行為之差異,並進一步了解灰蝶夜棲點是否受環境因子(溫度、濕度、風力、音頻)及獵食者有無、獵食者種類及生存壓力等變因所影響。實驗結果顯示,來自不同草地高度的灰蝶各有夜棲點高度偏好,並受溫度、風力、音頻、獵食者種類所影響,其中灰蝶夜棲點高度與風力呈負相關;與音頻呈正相關。另外,獵食者的習性亦會影響夜棲點高度,實驗發現斜紋貓蛛會使灰蝶夜棲在較高處,然大銀腹蛛與螳螂則相反。本研究尚藉由油性麥克筆對灰蝶進行標記編號以研究忠誠度,結果顯示並無忠誠度。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。 本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

「藜」所當「染」-台灣藜的染色研究

我們以紅藜作為研究主題,使用帶殼紅藜來進行實驗。一、基礎染色:染液濃度高且重複上色後,可使染布有最佳色調與飽和度。二、媒染劑:事前浸泡濃度0.2%的白礬或綠礬的媒染劑,染布的色調與飽和度效果最好。並利用自製光度計測量加入媒染劑的染液,其亮度值有明顯變亮,離心後發現有沉澱物,驗證其有發生化學反應。三、助染劑:將布事前浸泡在自製無糖豆漿後,所得染布效果最佳。四、關注紅藜脫殼後的廢棄物,本研究以紅藜殼粉為染料,以白礬當媒染劑來進行染布,得到色調=347.7、飽和度=72.7% 的最佳染色結果。五、我們利用Arduino設計顏色檢驗儀,結合雷切研發製出「自動染布監控機」。同時將染後的紅藜渣培育繁殖,達到環境永續經營的環保理念。

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Aduacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。以白線斑蚊為例,單隻雄蚊翅音基頻為906Hz;而單隻雌蚊翅音基頻為484Hz。雄蚊與雌蚊平衡棍長度與翅音基頻顯著相關。真實翅音的誘引百分率結果分別為雄蚊翅音對雌蚊為72.0%;雌蚊翅音對雄蚊為12.0%;交尾後雌蚊的翅音對自身為18.0%。完整模擬翅音的誘引百分率結果分別為雄蚊翅音對雌蚊為74.0%;雌蚊翅音對雄蚊為68.0%;交尾後雌蚊的翅音對自身為60.0%。兩種完整模擬雌蚊翅音對雄蚊及交尾後雌蚊,誘引百分率經統計,皆顯著高於兩種雌蚊真實翅音。綜合上述結果,透過模擬雌雄蚊翅音聲譜有助於誘引蚊蟲,研發物理性誘蚊產品。

從正方形內接四十五度的三角形談起

本研究源於一道常見的正方形內接三角形的動態幾何問題。我們考慮對角線,先刻劃出兩個動態的△𝐴𝐸𝐹與△𝐴𝑀𝑁之面積比值恆為定值,並且巧妙構造輔助線,利用純幾何方式證明共圓的動態四邊形 𝐸𝐹𝑀𝑁 的圓心軌跡為等軸雙曲線。為了一般化推廣,我們依序設定了等長、半角等條件去探討,實驗了長方形、菱形、直角箏形等,有趣的是,我們發現其兩個三角形面積比為定值的幾何結構是兩組四點共圓,並非等長或半角。值得一提的是,為了刻劃一般化的箏形中的圓心軌跡,我們先建立了菱形的模型,再給出箏形與菱形的對應模型,成功證明其圓心軌跡也是雙曲線。本研究將常見的幾何問題循序漸進地深化,刻劃出內在結構且給出獨特且有趣的成果。

kalus-nibu'的生殖行為—探討枯葉大刀螳螂交尾、產卵、孵化的生殖行為研究

本研究探討枯葉大刀螳螂 (Tenodera aridifolia aridifolia)生殖行為,研究一交尾行為結果:過程中雄螳螂會以78±19.8cm/s的速率逃離雌螳螂的獵捕,如被雌螳螂咬斷頭胸,可再活5天。研究二產卵 結果:雌螳螂腹部擺動幅度 2.5±0.1cm做類心臟線螵蛸,為後代預留一道 0.744cm出口。研究三 螵蛸對 卵防護 結果:0.12g水 在防水片全蒸散後,螵蛸內仍有 0.06 g,受外力擠壓後可回復2/3形態。研究四孵化結果:前若蟲跳出螵蛸,平均重力位能3.23x10-5J,以0.005mm線柄吊在空中、可承受.02gw、需12min脫皮成為初齡若螳,以上完成交尾、產卵、對卵防護、孵化生殖行為之研究。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以(1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH 6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400 mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300 mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。