全國中小學科展

第三名

來自鄒族的科學鳥羽箭-探討鳥羽箭的氣動流體力學與聲學之研究

鳥羽箭為鄒族獵人必須學習重要的狩獵技術,蘊含流體力學知識。經由耆老的指導鄒族鳥羽弓箭製作,發現鳥羽弓箭的確可以增加射程及準確率。接著進行最佳化探討,研究發現如下:(1)製弓要使用4節桂竹,(2)箭長度最佳為使用90公分箭竹,(3)最適合黏貼藍腹鷴羽毛於箭尾,(5)射擊的角度0o與45o有最遠的射程,箭尾增加射程及準確率也可於小型鳥羽箭射擊模型被證實。接著探討藍腹鷴羽毛作為箭羽的優點,經實體實驗及模擬實驗相互比對,發現藍腹鷴的羽毛具有穩定流場的功效,藉由實驗分析圖我們發現藍腹鷴鳥羽相較於其他羽毛有較高的風速,產生自較強氣流,紊流卻可減少,降低噪音。以上特點均可提高獵人狩獵成功率,同時支持原住民族科學也可以被西方科學證實。

「木」響「蛙」鳴-刮出自然樂章

以木棒刮刷木製青蛙背脊上的刮齒,可以發出類似青蛙鳴叫的聲音,使用聲音擬真度的分析,發現木蛙(T2)可以產生與翡翠樹蛙主要頻率(基音)和次要頻率(泛音)相同音名的頻率,再利用自行設計的「定速刮刷錄音裝置」對木蛙不同的變因進行實驗分析,結果發現:木棒的大小與重量變化不大的刮齒(不同數量、形狀、排列等因素),不會影響木蛙的主要頻率(基音)。而會使主要頻率(基音)變低的條件如下:1.相同材質:蛙身愈大。2.相同材質及相同共振腔大小:蛙身厚度愈厚。3.不同材質但相同蛙身大小:蛙身愈重。4.相同材質及蛙身大小:蛙口高度愈大、蛙口深度愈深、蛙口開口位置愈接近底部或頂部。最後找出以木蛙刮刷的8個音階,可以刮出自然的樂章。

牽制數列

本研究探討「a平方-h是b的倍數,b平方-h是a的倍數」→「a平方+h是b的倍數,b平方+h是a的倍數」,發現若將前者的首項設為h-1,第二項為首項的平方-h,則其正整數解(a,b)會構成一數列且滿足遞迴式「第n+2項=(h-2)*第n+1項-第n項 」;若將後者的首項設為1,第二項為h+1,則其正整數解(a,b)會構成一數列且滿足遞迴式「第n+2項=(h+2)*第n+1項-第n項」。在探討「a平方±nh是b的倍數,b平方±nh是a的倍數」時,發現其解數列也滿足遞迴式「第n+2項=(h±2)*第n+1項-第n項」,其中新第n項=(n的正平方根)*原第n項。

「塑」人之亂-探討萬年溪塑膠微粒及人口數的關係

基於對鄉土關懷,我們選定生命之河~萬年溪,此為唯一通過屏東市商業區、生態公園和住宅區等之特殊溪流,利用傅立葉轉換紅外線光譜儀,調查溪流中塑膠微粒種類和含量,並透過TGOS系統探究人口數與塑膠微粒之相關性發現:廣東橋流域塑膠微粒量最高,推論位於『住宅區』之民生排放汙水有關;長春橋流域濃度次之,與位於『商業區』有直接關係。環境指標生物~大型水蚤濾食中會攝入塑膠微粒,相較於控制組、塑膠微粒汙染下會明顯降低水蚤活動力、心跳數;且繁殖力驟減,有顯著性差異。本研究重大發現,水生植物確實有效吸附水中塑膠微粒,另生態工法及汙水地下化系統處理,均可降解排放至海洋塑膠微粒含量,進而讓環境減塑、環保及生態系恢復榮景。

陰差陽錯-COVID-19快篩偽陰偽陽之探討與準確率改善

本研究成功以SARS-CoV-2病毒表面棘狀蛋白做出快篩試劑,達到15分鐘內高準確率之檢測效率,可判別是否感染COVID-19,更進一步使用自旋增強側流免疫分析儀(Spin-enhanced lateral flow immunoassay, SELFIA)偵測奈米金吸收波長,提高100倍之偵測靈敏度。實驗中依NCBI資料庫發布的病毒核酸序列,合成棘蛋白抗原基因進行蛋白質生產後,挑選有潛力的棘蛋白抗體,F4與AuNP-conjugated D3進行配對,利用雙抗體夾心法,開發橫向流動的COVID-19快篩系統,並進一步利用SELFIA判讀檢測結果,提高偵測靈敏度達0.1 ng/mL,同時測試對突變株的專一性,減少偽陰性情況發生。另一方面,我們測試不同緩衝液系統,選擇能不破壞抗原又具低疏水親和效應的緩衝液,以減少偽陽性。開發此簡易、經濟、高準確率的快篩試劑,將之普及化有助於新冠肺炎的防治 。

大馬小馬走天下

有個經典的騎士巡邏問題 : 騎士用馬步移動,每個格子至多走一次,試圖找出最多步。我們定義2x3的矩形方格圖中走對角線為大馬步,2x2的方格中走對角線為小馬步。依照大馬步、小馬步輪流交錯走,我們發現 : 若指定特殊起始點,在(偶數m) x (偶數n)的矩形中可以走完所有的格子。若騎士能將格子走完,本質上非常類似漢米爾頓路徑。其它無交錯的走法(如連續大馬步或連續小馬步),我們也找出最多步的一般式。本作品的價值在於擴充馬步為大馬步與小馬步,推廣正方形為任意比例的矩形,並用深度優先搜索(Depth First Search,以下簡稱DFS)驗証結果。關鍵論証在於著色法與DFS ,若騎士無法走完,著色法能証明步數的最大值,DFS能讀完圖中所有資訊。結論的一般式紀錄於後。

降脂「原」「因」~咖啡豆或葉中綠原酸及咖啡因對脂肪分解之探究

本研究探討咖啡豆及葉的萃取液抑制胰脂酶分解三酸甘油脂,實驗操縱變因分別為綠原酸與咖啡因濃度、咖啡豆烘焙程度、咖啡葉萃取液浸泡時間及製葉方式。實驗中將胰脂酶水溶液分別置入一系列樣本中,並加入三酸甘油脂,探討胰脂酶於不同作用環境中之活性大小,並進一步探討不同變因在其中之影響程度。實驗結果顯示,咖啡因、綠原酸皆會抑制胰脂酶活性,其中以咖啡因的抑制效果較明顯,綠原酸的抑制效果只在較高濃度時才會展現。咖啡豆的烘焙時間以6分鐘綠咖啡及18~25分鐘淺中深焙,對胰脂酶活性抑制效果明顯,推測與咖啡因濃度有關。另外以微生物發酵製得的咖啡葉萃取液對胰脂酶有顯著促進效果,但以揉捻方式製得的咖啡葉能有效抑制胰脂酶分解。

循環小數萬花筒

一、 分數:所有的分數皆能轉化成小數,可以分為「除得盡的分數」和「除不盡的分數」等兩大類別。 二、 小數:除得盡的分數可以轉化成「有限小數」,除不盡的分數可以轉化成「純循環小數」、「混循環小數」等三大類別。 三、 Scratch程式:將數字轉換成圖像,將360°依照數字0~9,分成十等份,順時針旋轉「36°×對應的數字」,這些圖像可以分為「相同圖形」和「同邊形圖形」等兩大類別。 四、 循環小數:循環小數包含「未循環數字」和「循環節」,分母因數分解後,2和5出現的次數會決定這個循環小數的類別。

Emotional Stress Relief Vest – Research on Heat Dissipation

Due to having Asperger's syndrome, I want to make a pressure vest suitable for hot and humid climates like Asia to help reduce the daily anxiety of children and adults with autism, ADHD, sensory disorders, etc. To solve this problem, I first tried using a porous material. But after seeing a pressure vest in person, I found it to be useless. Therefore, I came up with the idea of creating an active airflow cooling system between the body and the pressure vest. To experiment, I wanted to make pressure vests. However, I found that a high-frequency TPU welding machine is required. Thus, I made models of pressure vests using airbags, water-resistant nylon, and quick-drying fabric. I also made models, which came from sandwich fabric. Through this research, I discovered that the sandwich fabric design has the best passive heat dissipation, and the combination of the sandwich fabric and the active airflow cooling system has the best active heat dissipation.

解除CRISPR(Cas9)辨認PAM序列的限制

CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat/CRISPR associated protein9)是合成生物學中重要技術,需引導RNA辨認特定的PAM序列-NGG引導合成轉錄因子啟動或抑制下游基因。然而這個特定的PAM序列卻會因此限制了crispr技術可篩選的基因位點,造成限制。因此我們研發出crisprTFv2,以NAG為例突破PNGG的限制,並透過定序得知更改後的PAM相互作用區序列為何,最後再挑選crisprTFv2可能辨認的其他PAM序列,未來再將此技術應用於探討參與DNA損傷修復的基因組合。