全國中小學科展

佳作

老人居家防護系統

「老人居家防護系統」設有緊急求救外,並可擷取人體的脈搏、體溫兩項生理訊息,加以判別提供病理預警,達到遠端監控、緊急就醫、照顧獨居老人為主之目的。本系統具備四大功能:一、脈搏過快、過慢警示:當脈搏跳動每分鐘超過120次,或低於50次立即發出警示。二、體溫過高、過低警示:當體溫超過38℃,或低於35℃會發出警示。三、緊急呼救:當老人按下求救開關時,控制中心會顯示警訊。四、健康管理:電腦可以從控制中心讀取脈搏波形,提供病理分析,觀察老人之生理狀況,做到慢性疾病之預防及治療。上述四項訊息之取得,是藉由人體身上感測器電路所測得之訊息,經無線電傳輸到家中基地台,基地台將收到訊息,以數位分析自動研判,將警訊利用線路,傳輸至管理單位,供監控人員處理。本系統除了可照顧獨居老人外,更可運用於安養中心的老人健康防護。

太陽閃焰活動分析

我們利用隸屬於N0AA 的GOES 衛星,在X 射線波段對太陽閃焰所作的觀測數據,分析了各類型閃焰的數量、總閃焰的數量及閃焰能量的變化,並計算其相關係數。發現閃焰總量與C 型閃焰最具相關性;但在閃焰能量部分,則與較高能量形式的M 型閃焰最為相關。進一步比較閃焰與黑子的關係,發現M 型閃焰與黑子數量的變化最具相關性。在週期性的分析部分,我們將總閃焰數量、M 型、X 型閃焰數量、閃焰能量及黑子數量的週期性變化分別用高斯函數作曲線擬合,發現M 型閃焰與黑子數量的週期性變化較趨於一致,最近一次的高峰期分別出現在2001 年中與2000 年底,周期約為9~11 年,由此預測下次太陽表面活動較劇烈的時期約是在2010 年至2012 年之間。閃焰噴發對地球的影響方面,我們分析噴發的閃焰型式對電離層質子流強度的影響,發現噴發的閃焰能量越強,衛星偵測到的質子流強度越大,尤其對X5 以上的閃焰最為明顯。

使用區塊鏈開發可監督捐款之公開募捐平台

新興的 BlockChain(區塊鏈)技術具有去中心化及資料無法被竄改的特性,在需要資料透明的領域非常適用,尤其 Fintech(金融科技)方面因貨幣貴重的特性而特別有優勢。慈善募款常常有用款不透明與部分用途不被大眾認可的問題;因此本研究使用BlockChain技術之Ethereum(以太坊)平台,成功設計出一套Smart Contract(智能合約),主要功能針對募款組織的所有撥款,須經捐款者投票,通過後才可撥用,將監督的權利歸還給捐款者,使慈善捐款能夠公開透明且受監督。同時也研究網頁前後端程式語言,設計一套大眾能簡便進行操作之介面,期望真正將此募捐平台推廣至社會。

渦流管的應用及研究

現今的加工產業逐漸朝向微小加工,在目前有屑加工過程中,會使用切削劑來冷卻及潤滑刀具及工件為其優點,然而切削劑在使用時,其切屑易黏致於加工表面及刀具上,再加工會造成刀具壽命降低和加工面表面粗糙度不佳以及環境的汙染。 本實驗是利用渦流管的原理及其製冷的特性應用在CNC銑床加工,來取代加工時使用之切削劑。首先,本研究設計不同的材質、噴嘴、孔板及渦流管長度等參數,探討其製冷效果,研究發現材料以鋁材、噴嘴及孔板數為5個及渦流管長度200mm有最佳之製冷效果。 在現今綠能意識高漲及加工微小化的工業,渦流管將是未來工業科技中的一部分。

風過水無痕,水過沙有痕

本實驗主要是藉由控制三個變因,以探討大自然中影響波痕產生的情況。藉由改變水波的頻率、水槽中的水深、沙子的粒徑大小,將其所產生的波痕的波峰、波谷的高度以及各個波峰離起始點的距離記錄下來,並且製作圖表,希望能從中發現各變因對波痕的影響,並希望能藉由該發現來推斷出一個可以分析波痕與沉積環境的關係。經由實驗,我們發現水波的頻率越高,波痕的波痕指數越小,且其高峰值離起始點的距離會越遠,而所形成的波痕振幅之臨界質不隨頻率改變。此外,我們也發現在較深的水中,形成完整的波痕的時間較久,而沙子粒徑分佈也會影響其產生的波痕。

魔方陣的變形

本次科展作品由三角邊形的魔方陣出發,設定規則如下;在 n 階三角形魔方陣中填入給定數字,使其三個 1n ? 階三角形數字和相等。我們得出如何從 n 階魔方陣推至(n+1)階魔方陣,與給定任意一個 n 階魔方陣,如何填出一組解的方法。遵循著三角形魔方陣的填法,我們可將其推廣在平面任意 m 邊形及正四面體上。前者,我們得到給定任意 n 階 m 邊形填出一組解的方法。後者,則是可由 n 階立體魔方陣推至(n+1)階立體魔方陣;當給定偶數階立體魔方陣時,可利用自創的圓形圖進行求解,文末亦討論了具有特殊性質點的個數。

『糞』勇作戰—牛糞對抗重金屬

本研究是以牛糞中的可溶性磷酸鹽吸附水中及土壤中的重金屬離子,減少Cu2+及Ni2+的溶出。成分分析發現發酵後的牛糞磷酸鹽的含量相當高,依理論可和重金屬離子產生沈澱。透過實驗,我們發現若將牛糞置於Cu2+、Ni2+水溶液,能有效穩定Cu2+、Ni2離子,在進一步模擬土壤淋融的實驗中,超過99%的金屬離子被固定於土壤,因而在應用上,可預防重金屬污染地下水源。而已穩定的重金屬離子牛糞可以取出,製作成活性碳觸媒,在應用上可將亞甲基藍溶液及染料工場實際的廢水脫色,證實可達到將重金屬回收再利用的目的。

根固水萍面,葉穩沉芙間 ~探討水芙蓉的平衡機制~

我們設計一系列的實驗來探討為什麼水芙蓉的根需要那麼長。我們以剪根的方式來檢測對植株的影響,結果發現根有吸收養分的作用,但是只要長到一定程度就能達到養分吸收的目的,根再長對養分吸收似乎沒有特別的幫助。根重改變對水芙蓉翻正有很明顯的影響,但根長改變則影響不大,顯示根的重量對穩定有重要的影響,但實驗也發現根部太重對植株也有不利的影響。植株型質分析發現葉子提供浮力,而根的重量提供穩定作用,使之不會在水面上亂漂或可能翻覆。最後,生長在各水域的植株根會隨水愈深而愈長,實驗結果支持我們的假說,即是水芙蓉根的長短和穩定有關;同時也暗示水芙蓉的生理具可塑性,能依其生活環境的不同,對根或葉部做不同能量的投資。

攔截記憶碼-探討渦蟲的學習與記憶

本研究透過電刺激使渦蟲改變其負趨光性,並透過量測渦蟲行為之改變觀察其學習與記憶。實驗發現,渦蟲之學習量有其上限,但可透過再刺激學習突破此上限。渦蟲在停止刺激後3小時內,其記憶量會迅速下降,最後將會保持一定值,形成記憶。本研究亦發現透過攝食已學習之渦蟲,可改變攝食者之學習行為,但此行為改變無法形成記憶,僅為暫時之行為改變。 透過上述實驗的結果,推測存在有一化學物質影響渦蟲之記憶行為,而此化學物質受到兩種產生機制之影響。其中機制A是透過電擊刺激啟動,啟動後就不會關閉;另一機制C則是受到電擊刺激啟動,但刺激結束後就會關閉。透過此兩機制的互動,形成渦蟲的學習和記憶模式。

燃料電池控制系統

我們本次的研究重點在於把太陽能板連結燃料電池,來達成有效的運用且減少污染,白天使用太陽能板發電,到了晚上則以質子燃料電池發電來取代太陽能板的發電功能,在相關雜誌中,我們發現大多數得太陽能板止有發電功能而缺乏儲存電力之功能,為了能有效利用,我們利用這次的研究來開發燃料電池的控制系統。藉由質子燃料電池的可逆反應,將白天太陽能板剩餘的電能,透過燃料電池的作用下,使水分解成氫氣和氧氣,並以排水及氣法分別儲存於及氣槽中,再以氫氣和氧氣還原所得的電位差來發電,這樣就能達成日夜24小時皆可發電的功能了。