全國中小學科展

第65屆--民國114年

蝶對蝶-玉帶鳳蝶貝氏擬態與生活史之研究

本研究以玉帶鳳蝶的生活行為為主,透過飼養觀察、文獻探討與實驗設計,探究其生活史、生理特徵與生態行為。結果顯示,二至三齡幼蟲即具備有臭角防禦、吐絲固定等能力,且同一親代中雄蝶較雌蝶先羽化,避免近親交配的機會。在食草方面,二至三齡幼蟲對橘子葉表現出顯著偏好。藉由與其他鳳蝶物種比較外觀,初步建立辨識依據,並以光照法檢查四齡幼蟲是否具有未發育完全的生殖器官(精巢)推測為雄性。研究者同時發現,幼蟲體色受食草葉色影響,呈現偽裝可能性。針對貝氏擬態的捕食實驗尚未得出明確結論,需進一步改良實驗設計。校園復育區的建置成功吸引鳳蝶訪花與產卵,顯示都市亦可成為生態棲地,具教育與保育意義,呼應SDGs陸域生態保育的目標。

「萍」分秋色—探討浮萍季節消長的關鍵因子與競爭策略

生態棲位相近的青萍和水如何共存?同時我們也觀察到兩浮萍在夏冬有明顯消長:夏季水面多由水萍主導,冬季則青萍佔優勢。深入探討兩者競爭策略,發現水萍透過提升抗氧化能力增加葉狀體間連結數,放大植株間吸引力,並以鈣離子誘發的葉狀體隆起等方式釋出更多生長空間,偏向保守鞏固策略;青萍則任由ROS累積觸發葉狀體斷裂,降低植株間吸引力,憑藉個體小與高填空效率,採取侵略佔領策略。此外,研究發現光週期與光敏素為浮萍季節消長的關鍵因子:夏季長日照累積Pfr造成連結數提升,利於水萍鞏固優勢;冬季短日照誘使Pfr變回Pr,促進葉狀體斷裂,助青萍佔領水面。此發現揭示光週期如何調控浮萍季節消長,為水生植物競爭提供新見解。

隱形斗篷-超聲波在水下光導之探討

當使物體後面的光線繞過物體至另一側觀測者眼中,該物體便會消失,如同隱形斗 篷。本研究在水中以探頭打出超聲波,藉由空化現象在聲壓聚集的位置打出空泡。以光在水中碰到空泡產生的全反射產生光導,使光按照期望的路徑前進。參考艾里光束波包沿弧線行進的特性,依照各陣元的座標調整相位,製造出聲壓聚集在一弧線上的聲場。以線形和平面探頭測得其偏折角度,接著導入漩渦式聲鉗,使聲壓由弧線中心偏移到周圍,並使中心聲壓相較於普通聚焦減少75%。最後將兩種相位疊加在一起,用螺旋排列探頭將超聲波打入水中,取得約3度的偏折,得到初步成果。未來將透過聲壓的加強和改良路徑,期望達到自由控制偏折軌跡,並在醫學等方面有所應用。

創新型全擬真低成本被動式電容觸控毛筆的設計與實現

本研究徹底解決電容式觸控毛筆的擬真性問題。我們研究被動式電容觸控筆的材料與工作原理,得知材料能夠產生高電容,就能產生高靈敏度觸控感應。厚度薄、面積大以及高介電常數的材料能產生高電容,都是良好的電容式觸控材料。這結果推翻了「電容觸控原理是基於材料的導電性或靜電傳導能力」的假說。有別於導電刷毛(碳纖維)筆頭的乾式觸控筆,我們直接將真實毛筆改造成觸控毛筆,利用「溼潤軟毛筆頭」具有高電容特性以及電容串並聯原理,開發出「全真軟毛被動式電容觸控筆」。得到與真實毛筆書寫過程相同筆性、筆觸與藝術效果,是目前擬真度最高的觸控毛筆。這個創新設計製程簡單且不需電源,因此具有節能與低成本的優點。

地下礦工-崎頂子母隧道台灣大蟋蟀生態族群行為之研究

本研究以台灣大蟋蟀(Brachytrupes portentosus)為研究樣本,選定苗栗縣竹南鎮崎頂子母隧道作為研究樣區,探討族群數量變化與生態習性。將樣區劃分為A、B、C三個,並於2023年7月至2024年12月進行一年半的觀察記錄。結果顯示,台灣大蟋蟀的洞穴數量會隨季節與環境條件變化。春季平均孔洞數為35(個/月),夏季增至51(個/月),秋季則降至7個(個/月),冬季回升至16個(個/月)。數據顯示,秋季孔洞數量最少,推測與成蟲繁殖週期有關;夏季為終齡若蟲活躍期,孔洞數量達到最高峰。此外,飼養觀察發現台灣大蟋蟀具有藏食行為,會將食物帶回洞穴內食用,甚至將部分食物堆置於特定區域。這項發現顯示台灣大蟋蟀具備特定的食物儲存策略,對其生態適應性與行為提供新的研究視角。

探討不同光圖形對光介電泳力應用在微流體中的影響

本研究整合光介電泳(Optically-induced dielectrophoresis;ODEP)與微流體技術,通過修改微流體晶片內的光照圖案光照強度、角度來改變作用於微粒的ODEP力強度與角度,並透過層流流體控制來嘗試實現三種不同半徑(5.8μm、 10.8μm與15.8μm)塑膠微粒的自動化分離與收集。

拜「鈀」兄弟─「催」出氧氣的化學力量

本研究從還原電位角度切入催化劑與雙氧水產生氧氣的反應路徑,思考二氧化錳無法長時間穩定產生氧氣的原因。查閱文獻發現,雖然二氧化錳具高還原電位,但反應過程中易被還原為 Mn²⁺ 而使催化能力下降。藉由還原電位表知道二價與四價鈀型的分子皆能氧化雙氧水,催化產生氧氣,因此本研究設計將鈀沉積於氫氧化鎳表面防止鈀顆粒團聚,透過高溫熱氧化製作出氧化態的鈀奈米酵素,結果顯示,9%鈀摻雜的 NiO 可快速催化反應, 溶氧量達 12.8 mg/L,效率優於 MnO₂ 與天然酵素,且連續反應三次後仍維持 96% 效率,金屬流失率小於 3.5%。本研究開發之 NiO:Pd 奈米酵素展現優異的催化活性與重複使用性,更適用於須穩定產氧量化的實驗課中和緊急供氧與環保催化等領域。

十字路口人車碰撞預測之研究

本研究探討如何利用電腦視覺技術預測十字路口行人與車輛碰撞風險,提升交通安全,採用YOLO物件偵測與運動追蹤技術,分析監控影像,透過LSTM 進行時間序列預測,評估可能的碰撞風險。研究先進行影像標註與資料處理,提升自訂物件偵測能力:偵測行人與車輛和追蹤其移動軌跡,建立LSTM預測分類模型,學習運動模式以預測碰撞風險。研究設計先用小球碰撞實驗模擬真實交通場景,訓練模型預測碰撞風險,並透過驗證分析調整參數,再進行實際路口影像處理。結果顯示能預測未來2秒碰撞風險的準確率達73%以上,還可以持續改進,提升精準度。未來,本研究可結合智慧交通管理與車聯網,提升道路安全並減少碰撞事故。

把你甩得遠遠的----垂直圓周運動之拋物距離探討

我們利用培林、塑膠棒、電磁鐵、Arduino光敏感應器,製作了一個單擺拋出鐵球的實驗裝置,進行垂直圓周運動的拋物實驗,我們發現單擺將物體拋出後,物體只受到垂直方向地球引力的影響,水平方向則不受外力的影響。擺長越長拋出鐵球的飛行距離越遠,而擺錘重量與鐵球重量,則不會影響。改成兩節式擺長,可以增加鐵球的飛行距離,當下節擺長越短時,鐵球也會飛得越遠,而鐵球最遠的飛行距離則是在擺角25°時拋出。

益菌抑菌-從食品分離之胚芽乳酸桿菌對傷口癒合和發炎的預防與治療效應

本研究透過PCR、MTT測試等,從食品篩選無細胞毒性的乳酸桿菌菌株CYLB565。此菌株顯著促進GES-1胃細胞的傷口癒合。CYLB565與其分泌物在pH4、6.5的環境下顯著抑制病原菌。抗發炎實驗中,若胃細胞預先以EPS處理,對大腸桿菌、LPS、幽門桿菌誘發的發炎具預防潛力;若於發炎反應同時以EPS處理,對大腸桿菌、LPS誘發的發炎具即時阻斷潛力;若於發炎反應之後以EPS處理,對大腸桿菌、幽門桿菌誘發的發炎具治療潛力。CYLB565在pH 3及0.3%膽鹽環境下具良好腸胃道耐受性。全基因定序結果顯示CYLB565為新發現的胚芽乳酸桿菌菌株,質體具安全性,適合應用於細菌性胃炎的預防與治療。