全國中小學科展

四等獎

Locus of the Points on Circumference of the n-th Circle that Formed by Moving the Center of any Radius Circles on the Outermost Circumference of Preceding set of Circles

This project aimed to study the motion which occurred from the end point on the circumference of the outermost circle by moving the center on the circumference of a preceding circle and the center of an innermost circle at origin. According to the study, when angular velocity was changed, it caused the different of loci. Based on the above information, finding the locus of the point on circumference of n-th circle that formed by moving the center of any radius circles on circumference of preceding set of circles was studied to get general equation. A set of circle and locus were created with GSP program. First, set the same radius circles on the X-axis with the first circle at origin, then found the relationship that occurred from the characteristics of locus. The result showed that if the ratios of angular velocity are 1:1:1, 2:2:2, 3:3:3, ..., …, n:n:n or 1:2:3, 2:4:6, 3:6:9, …,nw1:nw2:nw3, the characteristics of locus will be the same, while the others will be different. Finally, the equation of locus was found as follow: (x,y) = { ..........see in abstract...........} when .........see in abstract........... Where ri is the radius of i-th circle, zeta i is an angle between the radius of i-th circle and X-axis, wi is the angular velocity, t is elapsed time and alpha i is a starting angle between the radius of i-th circle and X-axis.

中文重點文句摘取

在資訊爆炸的時代,效率閱讀、整理資料的能力越趨重要。身為高中生,學習時的閱讀量龐大,還須另外自己挑選重點句,重新整理筆記。因此我想如果可以讓電腦自動摘取文章的重點,就能幫助學生效率學習。 大多數現存的自動摘要研究適用於英文文本,本研究利用演算法抓取中文文章的摘要,使學生可以真正實用該演算法於日常學習當中。除此之外,此研究比較了不同方法摘要的準確率以及優缺點。

製備超疏水性修飾石墨烯海綿應用於廢油回收

本研究使用聚胺基甲酸酯海綿為基材,藉由在表面吸附石墨烯材料使海綿具有超疏水性,使其能從水中有效分離出油類,達到油水分離的效果。我們研究出簡易自製氧化石墨烯的方法,並使用自創的照紫外光乙醇法將其還原成還原氧化石墨烯,接著吸附在海綿上,再使用十三氟辛基三乙氧基矽烷修飾石墨烯海綿,使其鍵結上具有超疏水性官能基。藉由測量海綿表面與水珠間的接觸角,我們找出了製做超疏水性海綿的最佳條件,最終完成了矽烷修飾還原氧化石墨烯聚胺基甲酸酯海綿(FS-rGO-PU Sponge)。 本研究超疏水性海綿的製程簡易、成本低且符合綠色化學,同時具有單位體積吸油量大,可多次重複使用等優點,我們除了測試其對食用油、礦物油的回收能力,並製作成可連續分離油水的裝置,可應用在工業、家庭廢油及海上油汙的回收,甚至可做為空氣清淨機或排油煙機的濾網。

囊中之物~探討台灣藜抗鹽耐旱的可能原因及囊狀細胞角色

台灣藜為原生種作物,本實驗探討其抗逆的可能原因,並發現囊狀細胞的不同功能。台灣藜種子發芽率與幼苗生長,隨鹽度及乾旱程度上升,受到很大抑制;發展至第一對葉,台灣藜才展現較好抗逆能力。不論子葉或第一對葉,鹽度越高或越乾旱,花青素與類黃酮含量均較高。但POD與CAT活性,子葉時活性變化不大;生長至第一對葉時,POD在2%鹽處理組及乾旱w40%組,活性分別上升10.8及3.6倍,而CAT在2%鹽處理組及乾旱w40%組,活性上升5.2及3.8倍,酵素活性上升的結果與抗逆關鍵時期相符。刷除囊狀細胞後,發現台灣藜在鹽逆境下生長較差;2%鹽處理後,刷除囊狀細胞的葉片,其CAT活性下降約64%。收集囊狀細胞,進行CAT活性分析,囊狀細胞組及其去除活性組(加入去除CAT活性的Stop solution),兩者間的OD值相差達7.9倍。顯示台灣藜的囊狀細胞不僅有儲鹽的能力,還具有抗氧化酵素協助抗逆。

鈦合金骨釘植入位置與脊椎椎體受力之分析比較

臨床手術中常有骨釘植入位置偏差之情形,且目前並無研究針對骨釘植入位置對椎體力學反應之探討,故本研究使用CAD軟體Solidworks建立11個不同骨釘植入位置的人體第三節腰椎模型,利用有限元素分析軟體ANSYS進行力學模擬分析,計算不同骨釘植入位置於不同負載條件以及有無骨整合情況下,腰椎椎體的應力情形與整體結構之穩定度。研究結果顯示,在不考慮傷及神經或是骨釘穿出骨頭的情況下,當椎體與骨釘若受前彎(flexion)、後仰(extension)、側彎(lateral bending)、旋轉(rotation)及無軸向負載(pure bending)時,骨釘螺帽中點至棘突中軸的垂直投影距離越小,椎體位移亦越小,結構越穩定;且不論有無骨整合都呈現相似走勢。骨科醫師表示仍會選擇打在目前最普遍的植入位置最為保險;但依照本研究結果,當臨床手術醫師面臨植入常規位置困難度較高時,骨釘植入位置若稍偏外側穩定度並不會有顯著差異,且可避免傷及中樞神經系統。

多功能數值控制微型射出成形機

高職機械群科在學習的過程中常常接觸到射出成形相關領域,我們想自主設計開發微形射出成形機,並和工業界生產的機台以液壓為射出機構不同。所以本專題以3D列印機的運動控制及材料加熱系統為基礎,利用變導程螺桿的加壓射出機構及螺桿導軌鎖閉模機構來完成射出成形所需的各個機械動作。變導程螺桿做出材料的輸送及射出動作,加壓後可將空氣排出,進而取代了原本注塞式和一般螺桿式的加壓射出;再利用公模、母模、頂射板和母模固定板所形成的射出模系統,進行自動化。由於機台微小化,操作方式和現行3D列印機操作方式類似,所以可作為教學之教具使用,亦可由同學自行設計模具進行射出成形操作。也能針對不同的材料做為射出的成品。

地錢熱逆境記憶元件HSA32及HSP101之功能探討

為減少高溫造成的農業損失,了解植物耐熱機制成為重要的研究課題。其中植物熱逆境記憶受兩個熱誘導蛋白HSA32和HSP101之調控已在阿拉伯芥與水稻中被揭露,HSP101除了幫助蛋白質摺疊外,也可促進HSA32的累積,HSA32則延緩HSP101降解的速度而延長植物的熱逆境記憶。本研究以低等植物地錢作為為模式,探討植物熱逆境記憶機制之演化過程。生理實驗結果顯示地錢同樣具有熱逆境記憶現象;氨基酸序列的親緣樹表明高等植物與低等植物的HSA32明顯分成兩群,呼應先前互補實驗的結果,指出這兩群HSA32結構功能上的差異;如同高等植物,地錢HSA32和HSP101的表現均受熱誘導而活化。然而,初步結果顯示,不同於高等植物,地錢hsa32剔除突變株有更強的熱逆境記憶,顯示地錢HSA32的功能可能是抑制地錢的熱逆境記憶,未來需要進一步驗證。

探討旋轉流中垂直熱對流造成流場變化之性質

本研究發現並探討冰在旋轉流中快速融化時自轉加速的現象,甚至比驅動旋轉流的速度快。根據文獻[1][2],近轉軸流場速度增快的現象可以基本流體力學方程式計算、解釋並討論,但對邊界條件處理、影響的參數無深入探究,其中熱對流模型控制應影響實驗結果。 本文透過自製實驗裝置,就驅動角速度、對流模型、對流速度等變因實驗探討這類旋轉流中因垂直對流引發「近轉軸處加速旋轉」對流流場性質,並用黏滯力、邊界及初始條件及PIV法攝影結果進行數據討論及驗證。實驗顯示自製三式熱對流模型、初始條件及液體性質是重要影響因素,明顯影響模型轉速-時間曲線趨勢;研究也成功利用PIV法攝影結果及數值模擬繪製出明顯近軸液體加速轉動時的流動結構並分析流場變化原理。本文期望對相關流體力學及工程方面問題有所助益,例如應用於渦流消除。

Consensus-based Machine Learning Model in the Scoring for Hepatic Steatosis Severity

研究目的:脂肪肝的盛行率在全世界的現代化國家都在增加。病理醫師在評估脂肪肝的嚴重等級時,常缺乏參考意見以減少差異。許多地區也缺乏病理醫師。本研究旨在建立一個有效評估脂肪肝嚴重程度的病理組織學人工智慧模型。研究過程:本研究經由臺中榮民總醫院人體研究倫理審查委員會審核通過,篩選後取得病理資料庫中適合的肝臟組織切片,由兩位病理醫師獨立為肝組織中脂肪堆積的程度評分。再以病理醫師討論後的共識答案為分級標準,來訓練人工智慧模型。研究結果:在100個樣本的獨立測試中,人工智慧模型和病理專科醫師的評分,有71%完全相同、27%差異只有一個等級、2%差異2個等級、而沒有2個等級以上的差異。結論及應用:我們已初步建立一個可以評估脂肪肝嚴重程度的人工智慧模型。這模型可為將來人工智慧的臨床應用,建立一個良好的基礎。

將廢矽泥製成奈米矽以及進一步應用於鋰離子電池負極材料之研究

矽元素因具有極高的理論電容和鋰攝取量(Li Uptake)而被認為是有潛力的鋰電池負極材料,然而該材料的特性使其在充放電時體積巨幅脹縮,造成結構碎裂,縮短了電池壽命。 本研究設計一套低耗能、低成本的製程,以現今台灣光伏產業大量難以回收之廢矽泥及鎂金屬為原料,將矽之粒徑縮小為奈米級以解決上述體積膨脹問題而成為極佳的鋰電池負極材料。 我們先將矽合成矽化鎂,再利用二氧化碳及氮氣的氧化還原反應製成多孔矽,隨後再利用創新的化學蝕刻法產出奈米矽。目前業界奈米矽的製備仍以高功率研磨為主,本研究首度使用銅離子、過氧化氫及氫氟酸作為蝕刻液,成功製造出平均粒徑100nm之負極材料。而過程中所使用的鎂粉可回收再使用,回收率高達94%,故幾乎無成本廢料排放,大幅降低當今鋰電池的生產成本,也落實防廢、再生、節能等綠色化學原則。