全國中小學科展

四等獎

學習目標行為的機器學習系統──以獎勵回饋去蕪存菁修剪人工神經元

本研究利用回饋機制修剪人工神經元的方式,可在較短時間內達到較高的目標行為學習正確次數。這樣的系統設計源於生物行為的啟發,因為回饋機制能直接影響決策中樞的神經元,而非只是影響動作本身, 在達成目標學習上會更直接、快速。以傳統強化學習 (Reinforcement Learning)系統為例,本研究模擬結果顯示,若回饋機制影響動作本身,目標達成正確率只有 19.14%。而若獎勵回饋到神經元的修剪上,則相較強化學習提高超過 2 倍的正確率。甚至,隨機修剪神經元也可相較強化學習提高 1 倍的正確率。顯然地,本系統能確實提高正確次數並縮短目標達成時程。利用回饋機制修剪人工神經元,可為強化學習在目標學習上遇到的困境,提供一個新的思考方向,實務應用上,可彌補強化學習在學習行為上無法一般化的缺點。

Bubble film with vortex

A simple and cheap bubble film experiment system was constructed by us. Although it is simple, it can observe the phenomenon similar to those observed in the wind tunnel system or PIV system. But because of gravity, bubble film become a little more complex. We programed some codes to analyze the data and showed bubble thickness is proportional to the Reynolds number. The low frequency sound can make bubble film rotate. And we also study the wing’s attack angle, from 0 to 75 degree with interval of 15 degree, discovering the 15 degree is the best flying attack angle.

What would you do?——以捷運實地實驗探討旁觀者的助人行為

本研究透過實地實驗的方式,旨在針對旁觀者表現的助人行為作探討。研究者於台北捷運站分別扮演強勢者、弱勢者以及普通人的角色,並且讓強勢者表現違反社會常規的行為(欺凌弱勢者),從旁紀錄當以上三者分別需要幫助時,旁觀者表現的幫助比率,進一步分析其中的差異。實驗結果主要顯示以下三點: (一) 幫助率普遍皆低於50% (二) 對照組的普通人獲得的幫助率明顯高於另外兩者 (三) 強勢者獲得的幫助率高於弱勢者 由此推知在類似情況下,弱勢的形像反而會降低旁觀者的幫助意願。因此我們分別從事件本身、旁觀者本身、社會因素、服從權威現象等面向分析此結果,並佐以過去的相關實驗及文本資料,以期獲得現今大眾普遍表現的助人行為及背後的影響因素。

銅修飾二硫化錫應用於光催化二氧化碳還原產生太陽能燃料

本文研究轉換二氧化碳成為替代能源,介紹運用太陽能源,以SnS2及光觸媒進行CO2還原反應,以產生碳氫和碳氫氧化合物。我們以溶劑熱法配置SnS2,過程中藉由加入不同重量百分比例的銅(0, 0.5, 1, 5, 10 wt.%)探討銅的添加對於觸媒的影響:能隙縮短、底面為從六角形至四邊形晶體結構、吸收光範圍延伸至可見光之域。以活性測試探討其綜合性能,結果呈現1 wt.%銅修飾的SnS2光觸媒有最高CO2轉換效率,且產物單一為乙醛。未來希望藉由研究最佳銅修飾的比例,以改良二硫化錫光觸媒的吸光特性、減少電子電洞對復合,並進一步增加其量子轉換效率、增加產量。

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。

布洛卡點相關性質探討

三角形的布洛卡點及布洛卡角是經常被探討的主題。本研究突破過往研究中布洛卡點僅存在於三角形中的侷限性並推廣至n邊形,發現並非所有n邊形都存在布洛卡點,並得到n邊形存在布洛卡點的充要條件,這個條件各n邊(角)互相獨立地等於布洛卡角的cot值,同時這條件亦等價於所有存在正、負布洛卡點的n邊形,其頂點皆為正n 邊形的頂點在反演變換下的反形。當n=4時,即為調和四邊形。接著將文獻中三種布洛卡三角形的變換整併為一種更具數學風味的旋轉與伸縮變換,基於這種變換,發現了許多布洛卡點與外心之間的幾何性質,從而推廣至多邊形。其中美妙的結果是:從任意布洛卡n邊形出發的n條全等的等角螺線皆收斂至布洛卡點。最後,由投影的角度看,發現布洛卡n邊形是正n 邊形的投影,由布洛卡n邊形的n個邊所延伸的多邊形,其頂點是共圓錐曲線的。

TEP1基因對埃及斑蚊(AEDES AEGYPTI)生殖能力影響之探討

登革熱為全世界最重要的節肢動物傳染疾病之一,其造成全世界每年約五千萬個病例且WHO估計全世界超過兩億人口暴露在感染登革熱的危險之下。而近年來台灣每年皆有超過1500例的登革熱病例。雖然國際間許多實驗團隊致力於開發登革熱疫苗以及抗登革熱藥物,但是都未能有突破性的結果。因此,積極的尋找替代性病媒蚊控制策略,將是控制登革熱的一線曙光。本計畫主要是探討埃及斑蚊之生殖調控分子機制,並希望透過抑制其生殖能力以達到降低病媒蚊族群的效果,藉此達到控制登革熱傳播的目的。本計畫利用RNA干擾(RNAi)的技術,將標的基因之表現抑制,再測量埃及斑蚊之產卵能力。實驗結果顯示,埃及斑蚊含脂硫蛋白之表現被抑制後,會明顯抑制其產卵能力。未來將進一步研究該蛋白質調控埃及斑蚊卵黃生成之詳細分子機制。本研究結果,有助於我們對病媒蚊之生殖調控分子機制更深入之瞭解,並且對於未來建立新的登革熱防治策略從事病媒防治工作有相當大的幫助。

創新自噬作用調節劑篩選平台與其在阿茲海默症上的應用

腦部中的不正常蛋白質堆積常常是造成神經退化性疾病主要原因之一,細胞自噬作用能夠清除細胞內的不正常蛋白質堆積,幫助神經性退化疾病如阿茲海默症的治療。因此我們期望能找出能促進自噬作用的天然物,以其作為開發阿茲海默症的藥物的基礎。本研究1.利用冷光酶接合自噬作用指標蛋白P62,設計出創新的自噬作用調節劑篩選系統篩。此篩選系統能夠篩選促進自噬作用的天然物,大大提升了自噬作用調節劑的篩選效率。本實驗初步測試了100項天然物,並從中篩選出19項能夠促進自噬作用的天然物。2. 再以西方墨點法測試其中五項天然物在阿茲海默細胞模型上的表現,發現了天然物唐川丁與開普鹼,能夠藉由促進自噬作用降低細胞模型上影響阿茲海默症的蛋白質。未來我們希望能夠了解唐川丁與開普鹼在調控細胞自噬作用中所扮演的角色,幫助阿茲海默症的藥物開發。

眼位變變變-蝌蚪變態前後眼睛型態轉變之研究

兩棲類是一群可以在水域及陸域棲息生活的動物,幼體期蝌蚪生活在水中,具尾巴可四處游動,多數為濾食或刮食,但變態後的成體青蛙主要生活在陸地,吐出長舌捕食會動的生物。因此蝌蚪變態前後不僅生存環境大為改變,攝食行為也從被動取食轉為主動攻擊,所以推測牠們在變態過程中,眼睛位置會有所變化,形成更大的雙眼(立體)視覺區,適應變態前後的劇烈改變。本研究運用向量幾何作圖方式,將頭部眼睛位置座標數值化後,分析不同蝌蚪變態前後眼睛位置與雙眼視覺的變化情形,試著找出變化趨勢與棲地、行為或演化之間的關聯性。結果發現不同眼睛類型的蝌蚪在變態過程中,眼睛位置會有不同的轉變過程,但變態之後,眼睛皆會往頭部兩側移動,眼睛至吻端的距離變短,導致雙眼視覺區變大,更具立體視覺,可精準判斷獵物位置。此外也發現蝌蚪視野範圍主要受水層高低影響,高水層蝌蚪眼睛位於頭兩側,低水層蝌蚪眼睛則生長在背部。成蛙視野範圍影響因素有棲地、行為及親緣關係,棲地分析結果顯示會在水陸兩邊活動的成蛙視野範圍最大。水棲型的福建大頭蛙具有強領域行為,陸棲性黑眶蟾蜍具瞄準捕食行為,故雙眼視覺都較大。同屬於樹蛙科的蛙類雙眼視覺大小的影響因素主要與為活動高度有關,樹棲型樹蛙因需在樹林活動,演化出較大的雙眼視覺,以利判斷空間位置。艾氏、王氏與碧眼樹蛙等親緣關係接近的姊妹種因生殖行為類似,蝌蚪與成蛙都演化出具有相似的眼睛型態。

直接觀測表面修飾之氧化石墨烯對改善抗血栓性能之研究

臨床上,人工血管與心血管支架常因血栓導致其使用壽命減短,甚至造成病人生命危險,而血栓起因乃為血小板活化。氧化石墨烯為新穎二維材料,其於醫學方面的應用也極具潛力。本研究藉由微流道觀測系統,透過光學顯微鏡直接觀測氧化石墨烯表面與血小板間之交互作用,再進一步使用紫外光還原氧化石墨烯表面,並使用原子力顯微鏡(AFM)、X光光電子能譜儀(XPS)、凱爾文探測力顯微鏡(Kelvin Probe)等檢測氧化石墨烯表面性質。 經實驗證實,鍍有氧化石墨烯之表面在流動狀態下,可有效地減少血小板的活化與貼附,並推測因氧化石墨烯表面帶有負電荷,可排斥同帶負電荷之血小板,以達到減少血栓生成的目的,未來可進一步應用在人工心血管支架上,延長其使用壽命。此研究突顯了改善人工血管與支架表面性質與其臨床上應用的重要性,而材料表面修飾也為優化臨床應用提供一個可行方法。