全國中小學科展

國中組

「千菌一髮」---以細菌纖維素製作假髮之可行性研究

近年來,癌症患者或因為其他特別的因素所導致的脫髮人群逐漸增加,因此假髮的製作材料需求,隨之提高。本研究即針對此問題,以及假髮所需具備的耐熱性、耐拉扯性、染色難易度等性質,透過生物材料(細菌纖維素)作為製作假髮的替代選擇,以解決現有假髮之透氣性差、製作成本及天然人髮供應的限制等問題。實驗過程探討將細菌纖維素進行改質,經有機矽(聚二甲基矽氧烷)表面處理後之耐熱性、耐拉扯之機械強度等性質;以及植物染料與市售染膏的染色效果,作為自然外觀的評估。研究結果顯示,以細菌纖維素作為假髮製作的新型天然材料具備低成本、易染色、良好的耐熱及耐拉扯特性。

扭「蛋」成「膠」-蛋白質膠黏性質與褐變反應之化學探討

本研究評估動物性蛋白質作為天然膠黏材料的可能性。選用常見的虱目魚鱗、虱目魚皮、生豬皮、雞蛋蛋白、全脂奶粉、脫脂奶粉作為研究樣本,透過簡化後的蛋白質萃取方式,經BCA試劑及分光光度計測量找出最佳化萃取方式。隨後將萃取液經酸、鹼、有機化合物水溶液處理後,觀察黏滯性、附著力之變化。最後再探討蛋白質加熱後的褐變反應。結果發現,經0.15 M醋酸萃取72小時為最佳條件。在加入1 mg/mL醋酸、1 mg/mL碳酸氫鈉、2 mg/mL葡萄糖水溶液等三種處理後,黏滯性(Arduino系統)與附著力(百格刀組)均顯著提升。且加熱到60℃以上,有初步的褐變反應發生。綜合上述,動物性蛋白質經適當處理後具良好膠黏潛力,未來可進一步探討其化學變化,以提升應用價值。

透過不同時間太陽觀測計算影響折射率之大氣層厚度

本實驗發現在加入了觀測仰角後只要測量得出觀測的時間的太陽形變,不限於夕陽,即可推算出影響光線折射率的大氣層厚度此為本研究的貢獻之一。實驗中拍攝大量不同的日期與時間的太陽形變照片,並將計算結果統計分析後,得知此推算方法是可被成功驗證的。實驗中制定了每個步驟的測量方法,經由拍攝太陽形變照片,查詢觀測仰角高度,並配合大氣折射的運用,即能代入公式來推算出影響折射率之大氣層厚度,此為本實驗的貢獻之二。

運用生成式AI及UAV影像自動檢測道路裂縫之可行性研究

本研究結合生成式AI與UAV技術,利用Google Colab雲端平台,自動檢測柔性鋪面裂縫並評估鋪面狀況指數 (PCI) 的可行性。團隊採用ResNet152預訓練模型進行遷移學習,並透過滑動窗口技術自動定位與分類裂縫。驗證結果顯示,模型在15張現場影像上的F1 Score達0.815,具備穩定且優異的辨識能力。 團隊基於內政部營建署《柔性鋪面損壞調查手冊》標準,開發程式自動計算PCI值並分級評估路況。研究證實,本系統可低成本、快速且準確地替代傳統目視檢測,提供道路維護的自動化評估工具。此外,研究亦展現生成式AI在程式開發中的輔助效益,為未來AI道路檢測技術奠定基礎。

面臨棲地脆弱的台灣特有種:台灣原蚌蟲生活史與行為研究

本研究以台灣原蚌蟲(Eocyzicus taiwanensis)生活史為主軸,搭配行為觀察深入了解台灣原蚌蟲 在短暫水域中的生存策略。生活史部分發現台灣原蚌蟲具快速孵化成熟的特性,雌性較雄性早成熟;生殖策略除了有性生殖還具孤雌生殖,單獨飼養雌性可產卵且成功孵化,展現高度繁殖適應力;行為實驗無節幼體具有趨光性利於尋找食物;在交配行為中雄性體型明顯大於雌性,且交配成功率較高,對體型較小的雌性表現出偏好顯示明顯的性擇行為。此外交配中的個體在遭遇刺激時反應最穩定,但高強度震動會中斷交配,顯示其對環境擾動相當敏感。本研究填補了台灣原蚌蟲生活史與行為生態的研究空白,並呼籲重視其侷限棲地的保育需求,為這個台灣特有物種的保育與生態研究提供參考依據。

當榴槤蜜嫁給波羅蜜-探討不同嫁接方法的存活率

本研究主要探討不同嫁接方式對波羅蜜與榴槤蜜存活率之影響。研究採切接與芽接兩種方式,搭配留白、催芽及形成層對齊三種技巧進行比較。結果顯示:在25度C下,採用切接法搭配催芽及形成層對齊技術,可使存活率達70%,高於傳統方法的30%。此創新技術能使存活率提升約2.3倍。再者,觀察顯微鏡切片,發現砧木與接穗之形成層會相連在一起,並產生增生組織 ,故形成層對齊是植株存活的主因。另外,接穗催芽後可減少發芽天數, 降低病蟲害、環境變化等外在風險,讓存活率更高。 相對而言,嫁接 失敗的顯微鏡切片可觀察到 嫁接部位有腐爛、發黑與缺水。 據此,形成層對齊攸關養分與水分的輸送,是植株存活的關鍵因素,值得重視和使用。

水之呼吸~無動力增加水中溶氧機制之探討

本研究以水中溶氧量的變化為主題,探討影響溶氧量的各項因素,如高度差、曝氧時間、氣泡因素、管徑流速及擴管或縮管所形成的壓力變化對溶氧量的影響。 透過實驗設計、檢測與分析比較各種因素下的溶氧量,得知在無動力前提下,為增加水中的溶氧量應: 1.增加上下水層高度差,以提高流速及壓力差。 2.出水口置於容器底部,加大氣泡與水接觸距離,也增加曝氧時間。 3.小氣泡可增加接觸面積,提升溶氧。 4.粗、細管連結時的管徑差不宜過大。 5.利用注射針頭產生微氣泡。 本研究依上述條件,設計出簡易裝置,能在缺電停電下,解決水中生物因缺氧導致生存環境惡化時,提供增加水中溶氧量的最佳解決方案,期待能造福養殖業及各式觀賞魚缸的家庭或商業場所。

空氣鳳梨的水之呼吸—利用3D列印技術探討空氣鳳梨鱗片對於水氣收集之影響

我們觀察到不同種類的空氣鳳梨葉面上鱗片形狀、高度及密度等方面, 有著不同的差異 因此我們決定探討這些鱗片變化對於水氣吸收的影響。利用Autodesk Fusion軟體設計出形狀、密度都不相同的空氣鳳梨鱗片模型 以3D列印機製作模板 並模擬不同模板收集水氣的情況,得到到的據利利用GAB模型公式 算出集水力、集水效率及有效集水表面積,得發現基本單位構形為四邊形的模板, 在平面及傾角為45度時, 有良好的有效集水表面積得基本構形為六邊形的模板 當傾角為30度時, 有最大的有效集水表面積得而模板的基本單元愈密集 及與地面的夾角愈小 則有效集水表面積則愈大得綜合以上所述 我們將研究結果做出集水效力最佳的模板 希望能為增加水資源的方法盡一份心力。

點糞成金—堆肥蚯蚓糞菌促進農作物生長能力之分析研究

本研究從三種堆肥蚯蚓(歐洲紅蚯蚓、印度藍蚯蚓、非洲夜蚯蚓)的糞土中分離出7株可促進油菜、番茄、草莓生長,並具有協助農作物抗逆境潛力的微生物。菌種鑑定後發現分屬於Glutamicibacter或Arthrobacter、Lelliottia、Pseudoxanthomonas、Bacillus或Priestia、Lysinibacillus等屬。菌株大多具備可分泌生長素、胞外多醣,固氮,分解果膠、纖維素、木質素,可耐鹽,耐高溫能力,我們認為這些糞菌未來將可運用於農業上,減少化肥使用,並減緩氣候變遷對農作物造成的傷害。

鏡下心來

本研究從探討平面上任點對任意三角形所鏡射出之三角形的心,與原三角形的心是否具有關聯性開始。鏡射三角形即是平面上任一點分別對三角形的三邊延長直線做鏡射後,所得到三點形成的三角形。在特定情況下,鏡射三角形的心與原三角形的心之間有所關聯。之後進一步觀察不同點對固定角度之三角形作出之鏡射三角形的各個心之間的關係,以及這些鏡射點的連線與原點連線間的關係,也利用固定角度之三角形所推出的規律,繼續探究任意角度的三角形的各個心,與鏡射三角形的心之間的關聯。