全國中小學科展

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四等獎

利用全球定位系統觀測電離層海嘯現象

2011年3月11日,日本發生規模9.0的地震,同時引發海嘯。太空科學家發現海嘯會引起電離層中總電子含量TEC(Total Electron Content)的擾動。雖然海嘯引起之電離層TEC變化以及海嘯模擬結果已被公布,但兩者之關係尚未被探討。因此,我們比對海嘯模擬與當天電離層TEC變化,確認此電離層TEC擾動是由海嘯所引起的。我們進一步研究電離層TEC的擾動大小和海嘯高度的關係,發現兩者之間具有極高之相關性,且到達的時間差約為±10分鐘,而1公尺高的海嘯約會造成12.8TECu(即TEC之單位,1TECu=1016el/m2)之總電子含量變化。希望將來能利用地面GPS觀測到的電離層TEC資料,在地震後迅速確認海嘯之發生與否,並於到達岸邊前訂定其位置,同時推估高度。藉此,建立海嘯預警輔助系統,以降低海嘯對人類生命和財產的威脅與損害。

水波虛擬干涉全像法與光聲成像

全像攝影運用光波干涉性質呈現物體影像。干涉是波基本性質因此嘗試改以水波當波源,經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 將訊號產生器產生訊號一分為二,一個接到振動器產生水波,用光感測器接收相當於全像攝影物體波,另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波,將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉,得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片,全像片上各個點波源相互干涉結果,成功將影像重建出來。討論影響影像重建變因、鑑別率,將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波「虛擬干涉全像法」是我們自行發展出來,以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。 最後將相同原理運用在「光聲成像」,將一調變頻率40KHz光照射在物體上,經光聲效應轉換成聲波,將聲波經由「虛擬干涉全像法」成功呈現物體影像。

Robotic Search and Rescue

I built a robot that is able to improve safety in mines. The robot takes a series of sensor readings, do 3D mapping to compare deteriorating physical conditions in time, detect CO and CH4 levels and record video footage. All of this information is then sent back to the user. The project aims to build a robot that could decrease the amount of casualties in mines due to gas or instability. A strict engineering process, which comprised researching different features on a robot, was followed. A prototype robot was built, tested and improvements made. Some of the challenges faced, while building the prototype robot, included manoeuvrability over any type of terrain, even rough and rocky terrain. Choosing the correct driving mechanism (wheels, tracks, suspension and steering) also proved to be a very important feature that had to be kept in mind. The sensors used included, a temperature, humidity, carbon monoxide gas, as well as a methane gas sensor. A Gyro, Accelerometer and compass for easier navigation were also used. Two cameras which included a front camera for navigation and 3D mapping as well as a back camera for navigation were installed. The robot was tested over various terrains, it was able to retrieve sensor data and all of the engineering goals were reached. After the robot was built it was tested on various terrains. The robot achieved all of the engineering goals. The sensors was able to give readings, the robot 3D mapped an area and was also able to manoeuvre over rough terrain.

Antibacterial Properties of Mānuka

Antibacterial Properties of Mānuka Mānuka (Leptospermum scoparium) is a native 紐西蘭 plant that has long been used by indigenous Maori for its medicinal and therapeutic properties, yet is relatively unknown to science. Many of our native species may contain novel compounds with practical applications in our lives. Research indicates that mānuka has anti-microbial, anti-fungal, herbicidal, insecticidal and anti-bacterial properties, and suggests that compounds similar to Grandiflorone (ß-triketones) cause these effects. This project investigates the antibacterial properties of mānuka leaves, using the bacteria Photobacterium phosphoreum for biological testing. With the recent rise in multidrug-resistant bacteria, it is now more vital than ever to utilize traditional knowledge to inform research and development of innovative new antibiotics, antimicrobials and similar biologically important compounds.

Flexible Thermoelectric Module Application in Therapy Usage for Human Body

福島核災的發生,更凸顯能源的重要性;又因近年來廢熱總量不斷提升與全球能源需求量增加,本研究利用熱電晶片冷端與熱端的溫度差產生電的特性,將環境廢熱回收成為可用的電能。 本研究設計之可撓性熱電晶片成功改良傳統熱電晶片的兩點缺點;其一 : 傳統的硬式平板狀晶片無法配合不同環境空間而改變其外型,其二 : 硬式晶片的表面為陶瓷片,較易摔破導致晶片毀損,本研究之可撓性熱電晶片改良以往熱電晶片的陶瓷基板材料,改用具有可撓性的FCCL材料作為基板,因此可完整吸收表面彎曲物體的能源並將熱能轉換成電能。本研究之可撓式熱電晶片成功大幅降低熱電晶片之成本,有利於未來大量生產,成功應用人體體溫發電,同時也可利用Peltier效應,作為醫療用冷敷或熱敷之器材。

利用星團內短週期變星性質與星團運動狀態對疏散星團的性質探討——以英仙座雙星團為例

本研究主要目的在於利用現有的天文資料庫搜集星團成員星,並探討疏散星團中短週期變星的類型與空間分佈,以及星團在銀河系中的運動狀態,希望能對疏散星團的演化有更進一步的瞭解。英仙座雙星團在天空中的投影很靠近,以往文獻認為此雙星團可能相互影響,因此我以此天體當研究目標。除了線上天文資料庫檢索結果可以用來分析星團成員及基本物理參數,我還利用青藏天文台來取得觀測資料以填補研究中變星數據的不足。利用2MASS測光數據及蓋亞巡天自行數據,此雙星團我挑選出共約80個成員星,另外我分析了51顆變星,其中有17顆星是經由本次觀測得到的新週期。根據該天體的自行與徑向速度,其運動狀態是以一快一慢的速度朝向銀心運動,並皆以銀心為中心相同方向旋轉,且在垂直銀盤方向同時向下遠離銀盤。

阿拉伯芥茉莉酸結合酶FIN219參與生物韻律變化之研究

生物韻律與植物許多生長過程息息相關,其機制是生物學中重要的研究主題。FIN219能夠活化茉莉酸,進而引發植物對於逆境的防禦能力,也參與了藍光的訊息傳遞鏈,與植物的開花有關聯,其表現在長日照環境下也具有以24小時為週期的變化,因此很有可能參與了生物韻律的調控。本研究以GUS染色、西方墨點法與RT-PCR進行實驗,發現阿拉伯芥的FIN219基因與其蛋白質進入照光期後表現量會增加,進入黑暗期則會減少,此生物韻律也會受到外加JA與JA合成抑制劑DIECA的影響。再以RT-PCR比較生物韻律相關基因在野生種與剔除FIN219基因的突變株中的表現,也發現FIN219基因沒有表現時,相關基因TIC、TOC1、CAB2、CAB3、RBCS-1A和JAZ1表現的生物韻律會減弱。因此可知FIN219不但能夠增進植物的防禦能力,其引發的訊息傳遞也參與了生物韻律的調控機制。

三角形同向切割線之性質推廣

William Johnston 和Joe Kennedy首先以切割重組的方式提出了任意三角形的面積為第 組同向切割線所得到中央三角形面積的7倍(即 )。本研究將此方法性質加以推廣,我們證明了任意三角形其 ,而在推廣至任意四邊形時,由於公式十分龐大複雜,無法化簡,因此我們退而求其次,證明了任意梯形第 組與第 組同向切割線所切割出的面積與線段比例特性。最後,我們也分析探討任意梯形當 時(即平行四邊形)以及任意正 邊形其第 組同向切割線之性質。

高分子包覆之牛血清白蛋白/穀胱甘肽金屬奈米螢光團簇及葡萄糖氧化酶複合材料於葡萄糖檢測與應用

本研究使用牛血清白蛋白(BSA)、穀胱甘肽(GSH)、金屬離子合成金屬奈米螢光團簇,並以正電高分子包覆金屬奈米螢光團簇及葡萄糖氧化酶(GOx)形成複合材料。此複合材料中的葡萄糖氧化酶與葡萄糖反應,製造出過氧化氫,以過氧化氫改變金屬奈米螢光團簇表面特性,使螢光強度減弱,間接偵測葡萄糖濃度。 本研究探討出合成金屬奈米螢光團簇之最佳條件——以穀胱甘肽輔助之牛血清白蛋白金奈米團簇(BSA/GSH-Au NCs)可產生最佳螢光效果,並分析出金屬奈米螢光團簇之螢光淬滅效果與葡萄糖濃度成對數函數,其檢量線之相關係數為0.994,且金奈米團簇在血液中對葡萄糖具有專一性,可穩定進行血糖檢測。另外,本研究找出最適當的正電高分子殼聚醣(chitosan)及其最佳包覆濃度0.05%,用於包覆金屬奈米螢光團簇及葡萄糖氧化酶。最後以殼聚醣包覆之牛血清白蛋白∕榖胱甘肽金屬奈米螢光團簇及葡萄糖氧化酶複合材料(BSA/GSH-Au NCs / GOx @ chitosan)進行葡萄糖檢測,其螢光強度變化量與葡萄糖濃度之對數檢量線相關係數為0.971。本研究開發出一套靈敏、快速、穩定的葡萄糖檢測材料,並期待未來能運用於實際的人體血糖檢測上。

過平面上n定點作正n邊形問題與其對偶命題

本為主要探索「平面上任三點不共線的n個點是否存在n條線使其各線恰經過上述n點中之一點,並交出一正n邊形。」再則探究其對偶命題「任兩線不平行,任三線不共點的n條直線上,是否存在各線恰有一點,使其各點為一正n邊形之頂點。」 文中論及解的存在性及其一般解,並推廣至 個同心圓及 條平行線的情形。