全國中小學科展

第三名

帶「靜」紗窗,防塵來「勁」-靜電紗窗防塵效果研究

我們發現學校、家裡到處有灰塵,室外的灰塵會經由紗窗進入室內,無論在櫃子上、桌上、地上都常常有灰塵,心想如果利用靜電吸塵的原理,讓靜電導入紗窗,是否能成功阻擋灰塵進入,來改善室內空氣品質,實驗結果發現我們研發的靜電紗窗,確實能攔截灰塵,攔阻80—90%的懸浮微粒進入室內,且透過並聯兩台靜電產生器的效果尤佳;同時利用線香煙粒,發現線香在通風環境正常燃燒下,靜電紗窗也可延緩室內空氣品質惡化。我們成功地在不鏽鋼紗窗上裝置自動型靜電產生器,研發出靜電紗窗來取代市面昂貴的靜電紗窗,有效地減少灰塵進入室內,維護空氣品質。

哇!不漏了吔~罐裝牛奶傾倒方式改良之探討

本研究藉由生活中對「倒牛奶漏出」情形感到好奇,開啟了研究,並設計實驗針對不同變因進行探究。藉由觀察、實測,發現圓弧狀瓶口的瓶子容易產生回漏狀況;當瓶裝液體量較多時,傾倒角度較小就會開始流出來,也容易回漏;而越濃稠的液體,在剛超過「起始角度」時,較容易從瓶口旁出現回漏。 另外,我們也發現,小孩子要倒出大容量瓶裝液體時,因操作不易,容易使液體回漏。於是我們透過實驗、討論,設計出使液體不回漏的環狀套環,並結合自製「傾倒輔助架」,協助解決生活中遭遇的問題。 最後提出傾倒牛奶較佳的方法:(1)透過瓶口凸邊設計,改善傾倒牛奶時回漏情況。(2)使用設計製作的「傾倒輔助架」,便可適用在1800-2000ml的中大型罐裝瓶,倒牛奶就變輕鬆了。

鈦鐵磁性複合材料去除有機物之探討

在本次研究中,我們以共沉澱法[6]將奈米鐵粒子(Fe3O4)結合二氧化鈦奈米管(TiO2-nanotube,TNT),形成奈米管奈米鐵粒子複合材料(TiO2-nanotube-Fe3O4 ,TNTF)。這樣一來,TNTF除了具有TNT的吸附、光降解的效果,同時也擁有磁性Fe3O4的可回收性。首先,我們以不同毫克數的TNT吸附亞甲藍,訂出實驗所需TNT的適當毫克數,再測試Fe3+:Fe2+:TNT不同比例的光降解能力,和觀察磁性強度,依照反應現象找出較恰當的比例。另外,我們也比較TNTF、TNT、TiO2(P25)對亞甲藍的吸附、光降解的效果。研究過程中發現,9 mg是比較適合實驗進行之條件,並不會因其過強的物理吸附而無法觀測光降解現象。在Fe3+:Fe2+:TNT方面,發現2:1:10的比例較佳,因其吸附力是TNT的2倍, TiO2(P25)的三十倍,降解力也比TNT和TiO2(P25)強。TNTF更具有不需過濾器即可回收的優點。

桐飛風舞—桐花旋轉之研究

我們觀察到桐花落下的旋轉情形,設計實驗來分析旋轉的因素。吾以樂高機器人製作發射器,高2.8公尺,進行各種模型落下的實驗,發現: 1. 平面模型落下會亂飄,無法形成旋轉。 2. 利用花瓣彎曲或增加花萼重量(重量為花瓣總重量2倍以上),讓模型穩定落下,形成氣流壓力差,成為旋轉的動力。 3. 發現花瓣越長,越易旋轉;三角形花瓣也優於長方形。 4. 花瓣俯視為右上左下重疊是順時針方向,左上右下是逆時針方向,我們也用氣流的分力來分析轉動因素。 5. 利用電扇,製作旋轉模擬器,以雷射光與光學感應器來記錄桐花模型旋轉的歷程,分析出3片花瓣的模型不易啟動,但轉動的末速度最快。 我們摘取櫻花、杜鵑花、雞蛋花、小雛菊,也發現它們都有順時針旋轉狀況。

水中餘氯真的被吸收了嗎

網路看到水中自由餘氯被食物或人體吸收的實驗,這說法讓我們疑惑,因此想研究自由餘氯真的被吸收了嗎? 以膠帶沾黏實驗物質的方式將實驗物質「間接」加入自來水,再用DPD餘氯測定液觀察變色情形,發現測定液呈現透明,表示水中沒有自由餘氯,但實驗物質本身沒有接觸到自來水,不可能吸收自由餘氯,是口腔、水果、茶葉、米溶入水中的成分把自由餘氯還原成氯離子;以總氯餘氯測試計測量,觀察水中「總氯、餘氯、結合氯」的變化,發現洗手、洗菜時,是手與菜上的細菌、表皮細胞和自由餘氯反應變成結合氯,才使自由餘氯濃度下降,並不是手和菜吸收了自由餘氯。我們的實驗可以證明,目前網路上關於自由餘氯被吸收的說法,都不是事實。

鹽糖證共—探討濃度及溫度對不穩定性雙擴散之影響

蔗糖水及鹽水在雙擴散時會有對流柱的產生,此時讓雷射光通過蔗糖水及鹽水交界面後,會將交界面之對流柱排列狀況投影在屏幕上,我們利用此方法觀察雙擴散現象。先觀察在90分鐘內之雙擴散現象有何變化後,再深入探討改變其濃度、溫度時的圖形個數及平均面積的變化。 當蔗糖水濃度固定時,圖形個數變化曲線趨勢線斜率最低點會出現在鹽水濃度與蔗糖水濃度相近時,為了驗證,我們再度展開實驗,改成計算圖形平均面積,發現在鹽水濃度等於蔗糖水濃度時,趨勢線斜率絕對值會最低。除了濃度,溶液溫度也互影響雙擴散,溫度愈高,相同時間之圖形平均面積愈大。

看得到,拿得到 ── 機械手臂與電腦視覺的結合

本研究使用自製的機械手臂並透過ROS與MoveIt實現機械手臂的路徑規劃,且給予機械手臂自身的視覺系統,並透過深度學習進行物體辨識並使用深度攝影機獲取物體的距離,使機械手臂能夠自行移動到目標物的位置並抓取物體。將電腦視覺、深度學習與機械手臂結合,機械手臂便可以達到自動化,而無須人為操作。本研究所開發的機械手臂系統為完全開源、價格低廉且軟體方面可套用於其他安裝ROS的系統中,十分適合與其他領域結合。而日後在更多自動化的系統上,如物流系統的自動揀貨、行動不方便的長者的輔助系統或是自動化垃圾分類等,使用本系統的電腦視覺、機器人系統,可以讓生活中一些需要人力的事情變得更快更方便。

「光」宗「躍」祖-以3D列印技術再造神明燈之探究

傳統的神明燈(圖1)、蓮花燈(圖2)只做晚上微亮的照明,功能性少,美觀性不足,但價格昂貴。本研究在於增加其功能性,改善其美觀性,降低成本。運用電腦繪圖軟體重新設計外觀,使其更有藝術美感,加入機件原理中的齒輪機構、凸輪機構,及電機模組的馬達、燈條等等,使其功能性增加,避免用工廠開模的高額成本,利用3D列印輸出,大幅節省作品的成本(如圖3、圖4) 。 本研究合併了機件原理中多種機械結構產生連動,達到同時有正逆時鐘旋轉,及往復開合的華麗效果,最後再增加mp3播放模組,利用記憶卡任意更換音樂,改善一般唸佛機無法更換音樂的囧境,且作品利用PLA環保塑材成型,而達到能動能唱又環保的目的。

以基因轉殖斑馬魚胚胎作為生物感測器偵測環境汙染物之研發與應用

在本研究中,我們希望建立可以偵測內質網壓力的基因轉殖動物以偵測水質污染,所以我們選用斑馬魚作為模式動物。首先我們觀察兩個參與內質網壓力的基因,perk及chop的表現情形。發現在thapsigargin或酒精處理過的胚胎中perk及chop mRNA和CHOP蛋白質大量表現,證明斑馬魚是研究內質網壓力 in vivo的理想模式動物。接著,我們證明chop基因的upstream open reading frame(uORF)抑制下游基因轉譯的作用保守存在於斑馬魚內。我們進一步利用染色體帶有被cytomegalovirus promoter驅動,人類uORFchop片段後帶有gfp報導基因的轉殖品系Tg(KY43-3)。我們發現GFP蛋白質在受到熱、冷、缺氧、重金屬、農藥等刺激的Tg(KY43-3)胚胎內大量表現,顯示當胚胎受到各種逆境時uORFchop會失去抑制轉譯的作用。綜合以上,Tg(KY43-3)可以作為研究內質網壓力或偵測各種環境污染逆境的模式動物。

等一杯想要的咖啡~咖啡發酵,健康美味加分

從咖啡文化深度之旅出發,好奇是否可使咖啡更健康美味。從自製烘豆機並採用市售五種複合菌,對東山咖啡「生豆」和「鮮果」進行不同條件發酵,結果證實使用複合菌發酵的咖啡豆,其對 DPPH 自由基清除的抗氧化能力稍有提升;而碘還原力及對人體健康助益良多的綠原酸含量則有顯著增加;對攝取過量有害健康的咖啡因含量也顯著降低。更特別的是,不同條件發酵的咖啡,每杯風味都不同,杯測評價均不輸市售優質咖啡豆,評比得分優於市售與麝香貓咖啡風味相似的高價咖啡,其中三組咖啡豆達精品咖啡等級。本研究結合所學知識並應用於本土產咖啡,再以科學儀器加以驗證,以簡單製程烘焙出更優於外國的健康美味咖啡豆,期能對台灣咖啡產業有所提升。