全國中小學科展

四等獎

"turn" -on (free food and renewable energy )

Nowadays Electric energy is the most useful in the world because we use it every day for lightening, work, entertainment ext … but electric energy also can be expensive and it will pollute the air plus we all know that the air pollution is getting worse. Our world consumes a huge amount of electric energy . Also we know that the homelessness is getting higher all around the globe and it reached a high percentage. The high price and the sudden cut of the electric energy and with it the air pollution makes a big problem. That’s why we created this project named TURN ON which is a friend of the environment and a friend of the humans. Our product will help us to produce and create strong, clean and renewable energy plus it will help the homeless to have free food and free transport tickets. After doing a lot of researches we found that our new method of producing energy gives a great electric energy and limit pollution. The kinetic energy is produced using rotations. That’s why we used the rotations of motorbikes, bicycles, cars wheels and turn that mechanical energy (wm) into electrical energy (we) that we can easily use in our daily life plus we can help homeless by giving them food widgets… in exchange with the electrical energy that they produced while using bicycles…After performing several tests and taking notes, we are able to conclude that our apparatus is indeed efficient as it is able to convert the rotation into electronic energy that we can store and use in emergencies to solve this big problem and in the same time to limit air pollution with using bicycles and reducing hunger regarding homeless. This machine should be easy to implement, cheap, does not depend on any other parameters such as the wind. Any rotation in any place can be a source of Electrical Energy. To facilitate the use of this new device, A START UP will be launched to rent electric bikes for “free”, distribute free food, snacks, tickets to homeless regarding to the energy production.

攜手共解圓-扭結理論之探討

此篇研究發現在任何一個結中,都可以利用「牽手順序」和「交錯點編碼」兩種結的資訊直接看出一結化簡後的圖形。利用從「Reidemeister moves」所衍伸出的四種化簡方法{α, β, γ, δ}能更有效率的簡化結,並證明只需{α, β, γ, δ}就可化簡任何結,也利用{α, β, γ, δ}來驗證HOMFLY多項式是結不變量。由圖形及結的資訊我們發現,可使用「牽手順序」和「交錯點編碼」,搭配所討論出{α, β, γ, δ}的通式,依照步驟及通式簡化任何結。 本篇最重要的成果為:只需利用{α, β, γ, δ}即可化簡所有的結,而且比Reidemeister moves更有效率,因此可用{α, β, γ, δ}取代Reidemeister moves。 不管是一個封閉曲線或是兩個以上封閉曲線,都會遵守前述的規則,可利用{α, β, γ, δ}簡化圖形。文中也討論了較特別並具有規律的結──「星星結」,發現星星結只需使用「牽手順序」即可簡化,最後利用星星結的結論,發展出牽手遊戲中特殊的牽手遊戲情形。

道同互相為「蒙」—蒙日定理共點共線共圓的問題探討與推廣

本研究以蒙日定理「平面上三圓彼此外公切線交點共線,以及彼此內公切線交點與另一圓的圓心的連線共點」出發,在數量、形狀及維度上進行一系列問題的推廣。正如本研究作品名稱「道同」互相為「蒙」,發現對於任意N維空間中的n個圖形,只要圖形互相「位似」,均有蒙日點、蒙日圓或蒙日形等蒙日定理性質。同時,透過蒙日點與各圖形位置及大小的關係,可發現更多共點共線及共圓的有趣性質,其中最令人驚豔的是「分堆的(廣義)蒙日點共線」性質:「k圓蒙日點、n-k圓蒙日點及n圓蒙日點共線」。此外,本研究提出的工具方法及觀點,可應用至許多方面,如「蒙日圓」與Desargues、Pascal和Brianchon等定理的關聯,亦可解釋光學中的薄透鏡成像公式,更將蒙日定理連結Menelaus、Ceva定理,進而能重新詮釋共點共線的幾何定理。

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。

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。

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.

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。

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。

不同形態鈀金奈米觸媒的探討及對直接乙醇燃料電池的應用

本實驗成功在水相以及相對低溫中合成均一度高的鈀金奈米觸媒,並藉由引入不同比例的界面活性劑到合成系統中,來促使不同形態的鈀金奈米觸媒生成。此種奈米觸媒於不同成分比例下可產生相異之催化表現,且具長時間穩定的優點,故為具潛力的燃料電池觸媒。 實驗過程除了探討不同形態的鈀金奈米觸媒的合成外,並進行CO電氧化、乙醇電氧化以及長時間穩定測試。由合成的結果可得知,不同比例的CTAB及CTAC搭配可以得到合金或核殼結構的鈀金奈米觸媒;電催化實驗中,首先藉由CO吸脫附電氧化求得觸媒的活性表面積後,再進行乙醇電氧化測試,進而發現以核殼AuPd為1:1活性表現最佳,較商用Pd觸媒高約4.09倍;長時間穩定測試中AuPd核殼觸媒比商用Pd觸媒有有約16倍的穩定度及容忍力的提升。本研究結果有助進一步利用鈀金觸媒改善純鈀在進行乙醇燃料電池上的應用。