全國中小學科展

三等獎

新型散熱模組浸沒式水冷之應用

科技不斷進步對 CPU 等電子設備有更高效的需求,而高效的運算也提高用電量及散熱的需要,這促使我們尋找增強熱通量和熱傳遞的方法。透過惰性介電流體直接對電子部件進行液體冷卻,已成為複雜電子系統中熱傳遞的解決方案之一。 浸沒式冷卻是將電子元件浸入介電流體中,透過介電流體的池沸騰和相變化將熱帶走,而介電流體由冷水循環冷凝回原系統。本研究旨在透過設計仿浸沒式水冷的機台,來探討它如何影響電子元件。加熱站模型是用電腦輔助設計軟體(Creo, AutoCAD)進行圖面設計,然後進行CNC加工製作而成,本文記錄測量效率的值並繪製圖表,以討論傳熱的速率。

以機器學習增強無人機飛行準確度

無人機在進行定位時,多半是依靠內建GPS晶片與內建慣性測量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)進行定位,然而高精度的IMU及GPS晶片受限於高成本無法在一般無人機上運行;此外,各種定位系統均有其適用範圍,若無人機運行於定位系統之適用環境外,其定位精確度會下降,進而導致無人機飛行時會與預期路線產生誤差。 在本研究中,我利用Webots模擬軟體進行無人機模擬,藉由無人機鏡頭所拍攝的連續兩幀圖片差異,產生差異與角度及距離間的關係資料集,並利用此資料集來訓練深度神經網路,將產生模型用以模型迴歸出連續圖片間的旋轉角度偏移量,以此偏移量輔助無人機進行飛行校正。 經過多次實驗與修改,我比較了幾種不同的資料處理與分類方法,找出當中最佳結果的機器學習模型後,將此模型套入模擬環境中輔助無人機飛行,使無人機飛行於複雜環境時,成功提升飛行準確度。

整數模n的加法組合設計之探討

將兩個相同的n角齒輪重疊後,再砍去若干個特定重合的角,欲使上層齒輪在繞公轉軸旋轉一圈的過程中,兩齒輪皆有重合的缺角,在這個目的之下探討砍去的角數量,使其最小化,將其最小值稱為n角齒輪的最小可行數,以符號記為f(n)。我的研究是考慮自然數 ,對於砍去角的位置,制訂設計方法,在數量上求得f(n)較好的上界與下界。我將這個問題代數化,運用集合與數列的概念進行研究,進而轉換為組合設計的最佳化問題。特別的,若齒輪中任意兩個缺角在圓周上的最短距離皆相異,則表示砍去重合角的位置為最緊緻的狀態,將這些特殊的缺角位置稱為完美集合,我也試著探討缺角為最緊緻的特殊情形,分析完美集合的存在性。

Revolutionizing Potato Agriculture: Harnessing Machine Learning Techniques for Disease Detection and Management

Aim: The aim of this study is to make a disease-predicting model trained on data from weather stations and API using machine learning that gives the farmer the ability to predict crop diseases before they set in, allowing them to take timely preventative measures and reduce wastage. Materials and Methods: In this study the Internet of Things (IoT) sensors throughout agricultural fields of potato crops in Jafferabad, Depalpur Punjab. The sensors collect real-time data on environmental conditions, such as precipitation, air temperature, relative humidity, wind speed, and direction, Dew Point, VPD, and the Delta T values, to identify subtle disease indicators and patterns within the environmental data. Our novel machine-learning program makes use of the data collected by the weather station and analyses them. Results: Using the data, one predictive statistical method using Python 3.8.0 was created which uses the data from the weather station which can predict diseases before they set in.

Using Focused Ultrasound and Pulsed Ultrasound as a Solution to Viral Infection

Viruses Both enveloped and non-enveloped viruses conceal their membrane-penetrating peptide, usually within a glycoprotein of the virion membrane, inside the coat, or within the virion lumen. Cellular signals expose membrane-penetrating peptides that influence the virus during its entry. Instances of cellular signals regulating virus entry include receptors, enzymes, and substances like proteases, metal ions, and reducing agents. Recently, motor proteins or virus maturation have been seen to regulate virus entry through mechanical processes.

Wibrazz

Wibrazz is a wearable communication tool that allows the teacher, the therapist, the parent to communicate information to the child remotely using the device. Haptic (vibrationbased) feedback is becoming increasingly important in everyday life. A vibrating device that transmits information through clothing can help people with disabilities who have no or limited sensory use to live an integrated life in society without barriers.

雙向隨機生成數列的長度探討

本研究探討隨機生成數列的長度期望值。一個籤筒中有n支籤,編號分別為1,2,3,…,n,每抽出一支籤,就將抽取的編號寫在紙上,形成一個數列。數列只能向左右兩端添加項,不能從中插入。抽出的籤若大於目前數列的最大項,則將抽出的數寫在目前數列右邊;抽出的籤若小於目前數列的最小項,則將抽出的數寫在目前數列左邊;抽出的籤若介於目前數列的最小與最大項之間,則操作結束。基於此想法,研究者將數列依照添加項的方向分為「單向數列」與「雙向數列」兩類。顧名思義,單向數列只能向一端延伸(本研究不失一般性討論往右延伸),雙向數列代表可以向左右兩端延伸。此外,研究者又將數列分為「嚴格遞增減」和「非嚴格遞增減」兩類。在生成原理上,嚴格遞增減等價於「抽後不放回」;非嚴格遞增減等價於「抽後放回」。在這樣的規則下,本研究探討了n支籤抽完放回與不放回時,單雙向隨機生成數列的長度期望值之通解,並成功證明了一些恆等式及性質。

以智慧型高親水薄膜提升汗液感測靈敏度 Enhancing Sweat Sensing Sensitivity with SmartHydrophilic Thin Films

本研究主要是以晶片和織布進行結合,以電極收集訊號分析受測者的鈉濃度和汗液流量,研發長期保持潤濕和擁有穩定性的高親水性薄膜Polyacrylic acid / Cellulose nanocrystals(PAA / CNC)感測器。製備不同濃度比例的PAA / CNC光固化水凝膠,進行接觸角、FTIR圖譜、溶脹比 (Swelling Ratio)、SEM、EIS 潤濕面積分析並比較選擇出PAA /10 CNC的濃度比例作為最佳的汗液感測電極。利用CNC與PET片間貼合度強化結果,能有效提升薄膜親水性,降低電極與織布中的親疏水性差異,加強電極感測靈敏度,相較於對照組,電容值結果顯示約提升5~10倍的靈敏度。本研究開發一個靈敏且穩定即時監測汗液的薄膜,並結合藍芽應用於智慧裝置。

探討環形 RNA circACTN4 在非小細胞肺癌中的特性及功能

肺癌是世界上死亡率第一的癌症。根據近期研究發現,環形RNA (circular RNA;circRNA)比一般的線狀 mRNA穩定,並且會調控癌細胞。但circRNA於肺癌中的調控機制仍不清楚,因此我們決定挑選一個circRNA作為研究對象。首先,我們從 GEO 公開資料庫中篩選肺癌病人中差異表現的 circRNA,經 qPCR在肺癌細胞株驗證後,最終找到circACTN4 進行後續的研究。實驗結果顯示 circACTN4 在肺癌細胞株中確實為環狀結構,內生性表現量上升,且大都分布在細胞質。使用siRNA降低 circACTN4 表現量後,會增加細胞停留在細胞週期之G1期的數量,且 CDK4 和 CCND1 蛋白量也會降低。因此我們推測 circACTN4 可以促進肺癌細胞增殖的效果。更進一步的研究揭示,circACTN4能與LRPPRC蛋白結合,這種相互作用可能是circACTN4在肺癌中發揮調控作用的關鍵機制。總上所述,circACTN4 會促進肺癌細胞的生長,盼未來能作為預後的指標,並發展為治療肺癌的新標的。

探討在秀麗隱桿線蟲中IFE-1經由sRNA路徑對於精子生成機制的影響

sRNA在各種物種的精子功能中起著至關重要的作用。在秀麗隱桿線中,當缺少精子相關的sRNA「ALG-3/4 26G sRNA」會導致其在25度時不孕。此外,IFE-1是人類真核轉譯起始因子EIF4E的直系同源基因,主要表達於雄性生殖細胞系統中。在先前研究中我們觀察到當「真核轉譯起始因子IFE-1有缺陷」或「精子缺少相關sRNA」時,亦會導致精子具有缺陷。由於三者的相似性,我們認為IFE-1和26G sRNA的生成路徑有關。因此我們假設IFE-1參與協助酵素NYN-3辨認並切割msd-1 mRNA模板後促進26G sRNA生成。我們使用Western Blot、IP、螢光顯微鏡等方法,探討了IFE-1和MSD-1::GFP的關係,發現在ife-1正常的情況下,高溫對於MSD-1::GFP的表現量沒有影響。並且因該蛋白只表現在公蟲精子,我們可以推論msd-1:gfp 只作用於公蟲精子。而此疑似可正向調控基因表現的26G sRNA,有望發展成有別於過往sRNA藥物抑制基因表現的一種新基因治療方法。