全國中小學科展

佳作

黏葉大討讚

許多環保製紙是利用回收材料再生新製用紙或利用當地特產等長纖維植物製紙。但常見的花、草和樹葉卻因纖維短而無法製紙。是以本研究一改以往必須挑選合適植物製紙之限,開發可黏合容易取得的短纖維植物製紙技術,使更多植物可做為製紙之原物料,達成不需砍一棵樹,不需紙張,不需化學物質也能自己造紙的目標。如此更具有綠色環保與永續的概念。 本研究採實驗研究,首先選出五種含膠植物(蘆薈、白木耳、馬鈴薯、蓮藕、海帶),短纖維植物以學校常見的榕樹葉子當對象,研究榕樹葉子跟何種含膠植物組合可以製出可用紙張。研究結果發現:用40g海帶+5g水藻+10g榕樹葉,使用陰乾或吹乾的方式,即可製出可反覆折、可書寫、可列印之類似影印紙效果的紙張。

「蜂」狂「白」「老」匯: Hex70a 蛋白作為蜜蜂長壽因子

蜂巢中,蜂后與工蜂雖同為雌蜂,但牠們的壽命存在極大差距,前者可存活至三~五年,後者平均最大壽命則約為三十天,造成此差異的主要原因正是蜂王乳(Royal Jelly)的食用:蜂后終其一生不斷地攝取蜂王乳,但工蜂僅有在其幼蟲期的前面三日有攝取蜂王乳。工蜂在食用蜂王乳後,體內蛋白質在表現量及種類上便可觀察到明顯的差異。 本研究觀察蜂后(Queen)、餵食蜂王乳的工蜂(RJ;平均壽命約90~120天)、一般工蜂(Control)的體液及細胞全蛋白圖後,選擇大量存在、表現於蜂后(Queen)、餵食蜂王乳的工蜂(RJ)體內Hex70a蛋白作為研究對象;同樣攝取蜂王乳的工蜂(RJ),經過RNAi操作抑制Hex70a基因表現的實驗組,其壽命較對照組是確實有減少的。

超越障礙的勝利之路

本研究是想尋找並建立一個數學模式,來探討兩物之間障礙物數量與通過率的關係的問題。我們可以將每個正方形看成一個小單元,因為我們都知道所有東西都可以分割成最小單位。而且也有數學家曾說:當我們做過越多次試驗,則我們所得到的數值會更接近機率。所以,如果有很多樣本通過此方格陣列,則我們可以將此數值看做通過率。再由古典機率的性質,我們反轉先求出路徑的走法數。 而若我們導出這個公式後,我們可以運用在不只是路徑走法的成功率、更能用在電子流動的機率,更可以運用在抽象的事物上,像政府的決策成功率等等。

神機鬼械,機不可濕?--最佳化BCF游動式機械魚的運動表現

本研究旨在探討影響尾鰭推進游動式(BCF)機械魚游速的因素。本研究是將市售仿生機械魚進行改良,從材質特性、形狀、面積、夾角、浮力、穩定度及浮心位置等因素著手,改變材質、尾鰭、浮球後,將機械魚放入自製環狀水道,測量機械魚在水道上繞一圈所需的時間,找出機械魚的最佳化配置。本研究總整了35隻機械魚、420筆實驗紀錄,結果顯示:薄PP板(3mm)材質、叉型夾角90°尾鰭、前面浮球向後1cm(浮心極靠近質心)且浮球材質為乒乓球的機械魚,游速最快,成功使機械魚繞環狀水道一圈所需的時間減少27.2%,大幅提升了機械魚的游速。本研究結果,也能在大體積的水道中重現,展示改進市售仿生機械魚運動表現的可能性,有助於提升人們對魚類游泳之仿生機構的認識。

波形密碼--黑繩示波器的波形探討

「波形密碼」中的“波”,是黑繩示波器上白線反射的光線被黑繩擋住而形成影點,因視覺暫留而殘留並連成波線。首先,發現圓筒曲面經幾何投影會造成波長呈現「短-長-短」的歪像畫狀況,砂帶機則不會;黑繩的擺幅會限制波形振幅,黑棍則不會。第二部分,推導出相位差公式:相位差=(波數×360°)/半面白線步數=(360°)/(半面白線步數×轉速比),且當相位差為360°的整數倍時,波線會完全重合。以及波數公式:波數=1/轉速比=(相位差×半面白線步數)/(360°)。第三部分,從經拆解的A、B、C組函數關係式開始,最後推出D組(圓筒+黑繩)的函數關係式: y=kcos⁡(f×tan(ωx)+b)×cos(ax)或y=kcos(ω×|x|m+b)×cos(ax)。

凡走過必留下痕跡-利用Kinect進行物件追蹤

我們利用物體的色彩特徵而發展出物體的追蹤程式。為了提升物體追蹤的精確度和速度,我們比較了多種色彩空間的特性,發現HSV色彩空間受光線影響較小且色彩區辨力較強,因此我們將數位系統初得的RGB色彩空間數據轉為HSV色彩空間資訊並將之呈現在程式畫面上,至於雜訊的處理,我們採用了模糊、侵蝕、擴張的方法來消除。微軟新一代體感遊戲的輸入介面Kinect,除了提供傳統的2D彩色視訊外,還提供了深度資訊,藉由深度資訊的輔助,我們的物體追蹤程式可更為穩定,藉由WPF與EmguCV函式庫,程式的處理速度非常的快,可以達到真正的即時物體追蹤。

體感遊戲應用於左右橫向運動訓練之評估

「教育部108年施政計劃」文中提及了期望能夠培養學生健康規律的運動習慣並提升學生體適能的知能水準,這促使我們對運動體型感遊戲與體適能關係的研究產生了興趣。我們設計了以Kinect體感器為主的橫向體感遊戲(正常型與AI型),並以一年級到六年級國小學生為研究對象。經由程式修正與實驗探討,我們發現了球速與橫向移動加速度的線性關係,亦即學生橫向運動的加速度值越大,則學生在橫向體感遊戲中可以挑戰的球速越快;反之,加速度值越小,則可以挑戰的球速越慢。本研究有助於評估與建立低年級到高年級國小學生在橫向運動的體適能標準,並藉由體感遊戲系統來加強訓練學生的體適能,甚至進一步選拔出優秀運動能力的學生成為各項體育運動的菁英選手。

煙燻有稻,水到渠成

本研究目的主要是研發煙燻水製造機,第三代煙燻水製造機,採用稻梗燃燒室與噴霧式煙燻水產生室,製作並實驗說明煙燻水對農作物驅蟲、防疫、種子萌芽與肥力效果。結果顯示,第三代煙燻水製造機,生產之煙薰水品質穩定,且符合環保署空氣排放規定,其生成之煙燻水成分以氣相層析質譜儀檢測結果,共測得28種化合物,主要是醇、內酯、乙醛、酸、酮、生物鹼和酚類等。其中2(5H)-呋喃酮C4H4O2,可刺激小黃瓜種子萌發。酚類化合物C10H9N3O對抑制真菌生長有效,且在煙燻水添加甲殼素與鈣粉,有助於農作物幼苗成長。

附壁氣流飛行器-探討機殼構型對飛行的影響

去年根據附壁效應試驗出幽浮飛行器後了解氣流對飛行影響很大值得細探,於是今年更深入對外殼弧面、垂直導流板與水平移動板進行改造,發現: 1.機殼弧面改成低圓,不會降低氣流附壁升力又可減重 2.機身反扭矩力與螺旋槳長度與轉速成正比 3.小面積的垂直導流板修正反扭矩角度過大會耗損升力 4.水平移動板將向下氣流轉向水平側邊過多也會影響升力 根據機殼氣流附壁實驗發現,每一種變項都會相互影響下,以有限的升力調整出最佳平衡的構型,測試發現:機殼表面氣流的附壁吸力能有效提高升力16.7%,且風力越強提升比例越高;載重可達500g,且載重與續航時間成反比。沒想到只是簡單的幽浮外觀牽涉到的飛行氣流竟是如此的奧妙又有趣!

「鏽」出色彩

在六上自然課第三單元「防鏽與防腐」的鋼棉生鏽實驗,我們發現水、鹽水、糖水、食用醋產生的鐵鏽顏色各異,為了找出影響生鏽顏色的因素,便著手進行一連串的實驗研究。結果顯示:溶液的種類、pH值、濃度以及生鏽的時間皆會影響生鏽的顏色,而且不同顏色的鐵鏽與磁鐵的吸力強度也不同。