二等獎

觀察肥皂泡置於平行電板中時產生變形，本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現肥皂泡在電場下的形狀是橢球的一部份；肥皂泡在施加電場前後的高度比與寬度比是兩電極板間電壓的二次曲線，且離心率與電壓成正比關係。透過觀察肥皂膜的光學性質、分析皂膜受力以推測其電學特性，確定系統之電荷與電位分布，進而提出理論模型計算系統能量，解釋平行電板間肥皂泡之變形現象。

近年來中醫在慢性病的治療上已獲得很大的進展，許多中草藥的功能與特性皆是利用人體實驗來找出其效用，中藥內含的成分極為複雜，其功能與毒性測試常依賴於過去經驗醫學，許多中藥仍有待探討與實證，其對人體細胞和基因的影響仍不如西醫。因此目前國內外紛紛開始建置中草藥、成分、化合物相關數據庫供查詢，然而如何讓中醫的功能與毒性科學化變得是很重要的議題。本研究利用化學結構的數據分析來探討中藥成分與人體臟器與毒性的關係性。我們採用深度學習模型以中草藥的化學性質作為輸入，透過化學結構的圖像傳播，來預測中草藥相對應之臟器有效功能與毒性預測，希望透過本研究可以提供中藥對健康影響的依據並作為未來輔助中醫的工具，讓人們可更加了解食用中藥對人體可能有的正面與負面影響。

帕金森氏症(PD)是一種慢性中樞神經系統退化性疾病，患者臨床症狀包括靜止時震顫、動作遲緩、僵直及黑質緻密部多巴胺神經元的漸進性退化等。PD的主要病理特徵為多巴胺神經元中出現包含α-突觸核蛋白(SNCA)錯誤摺疊、聚集的路易小體。雖然PD的治療方法包括給予左旋多巴或其他藥物、物理治療、手術等，至今尚未有根治的方法。本研究建立雙分子螢光互補試驗與蛋白質摺疊報告者試驗兩種原核細胞平台，作為篩檢可幫助α-突觸核蛋白摺疊的化學伴隨蛋白平台。雙分子螢光互補試驗是將Venus黃螢光蛋白改進版切開成N端(VN1-211)及C端(VC212-239)二段，分別接在SNCA的N端(VN-SNCA)或C端(SNCA-VC)，原本沒有螢光的片段可藉融合的SNCA聚集的再組裝而出現螢光。當構築的VN-SNCA and SNCA-VC質體共表現於大腸桿菌後，蛋白質染色及免疫轉漬可偵測到表現的VN-SNCA、SNCA-VC蛋白，並出現伴隨著SNCA聚集所導致的互補螢光。我們以可干擾SNCA聚集的海藻糖來測試此聚集抑制物篩選平台，發現在不影響大腸桿菌生長的狀況下，海藻糖的濃度與螢光下降程度呈正相關，推測因其能減少SNCA聚集，導致螢光分子互補的機率下降。蛋白質報告者試驗是將野生型(WT)與突變型(35/46/61 E-to-K)的α-突觸核蛋白與綠螢光蛋白的融合蛋白(SNCA-GFP)分別表現於大腸桿菌，突變型的α-突觸核蛋白的傾向錯誤摺疊，會影響融合的綠螢光蛋白摺疊，而導致綠螢光下降，而海藻糖的化學伴隨蛋白活性可幫助突變型的α-突觸核蛋白摺疊，因而改善融合的綠螢光蛋白的摺疊，導致綠螢光上升。未來我們用此兩種原核細胞平台，來篩檢可幫助α-突觸核蛋白摺疊的新穎化學伴隨蛋白。

本作品『翻轉塗色驚嘆號』為2016年國際科展『翻轉塗色』的一般化延伸改進作品。在過去文獻中討論的問題是一列已上色的格子中，估計會有多少個『等間隔而且同色格子」的可能。而本研究所探討的問兩個顏色（以1及0表示，1跟0互為補色），並以Thue-Morse遞迴著色（若B已著色，則接下來的|B|個格子就著上B的補色，其中|B|表示B的格子數)，其中每次遞迴時精確的『三個間隔相同而且同色的格子』（本作品稱為3-AP）的精確總數。為了表示方便，我們將著好顏色的格視為一雙色字串。在之前的作品中，我以中心排列手法算出了起始字串為1時每次遞迴的3-AP精確數目。而本作品的突破在我們推廣到對於任意起始字串B，所遞迴產生的Mp(B)字串都能精確算出3-AP總數，其困難點在於歸納不同B之間的共同性。令人驚嘆的是，在遞迴兩次之後，其3-AP增加的數目與B的內容無關，只與B的格子數有關。此為本作之重要定理。除此之外，我也給出依序刪去每次遞迴後所剩下的Mp,q(B)中3-AP總數的公式。其困難點在刪去之後失去了對稱性。在本作品中突破方式是改變中心排列以偏心排列找出基底，並以未定係數法將其3-AP總數找到。而令人驚嘆的地方在於，若同時增加後續字串並同時刪去前方字串，其3-AP增加的數目也與B的內容無關，只與|B|有關。

我們對於所發明的SG (StanleyGenerator同軸發電機)是應用法拉第電磁感應定律ε=NBAωsinωt，打破轉子不動的常規，以定子與轉子同時反向旋轉以提高角速度，即提高單位時間磁場變化量，進而創造了StanleyGenerator同軸發電機發電裝置，以超過傳統1.96倍(平均值)發電量，達到大幅提高發電的效率。同時設計了各種SG應用模組，包括一級應用的三層流體動能擷取系統，二級應用的雙軸單增速系統，三級應用的雙增速HV系統。都能發出比一般發電機高的電量(1.48~1.96倍)，也比一般發電機更快(較低流速)達到發電機最大(額定)發電量。

本實驗提出了一個新的細胞化驗平台：結合螢光素酶和螢光奈米鑽石（Luciferase-Fluorescent Nanodiamond；Luc-FND）用來高靈敏檢測極少數量的細胞，克服人體間葉幹細胞（Mesenchymal Stem Cell; MSC）的數量稀少以及來源取得困難的問題。本實驗開發的Luc-FND assay，不同於以往的Luciferase assay，Luc-FND assay利用了FND當奈米載體（約為100nm），將裹上的螢光素酶送入細胞後監測細胞內冷光強度，用以得知細胞胞吞作用的多寡，進一步推算出細胞的存活率。本實驗將此機制應用於被不同濃度的化療用藥阿黴素（Doxorubicin；Dox）處理過的間葉幹細胞。結果顯示Luc-FND assay能夠高靈敏的檢測Dox對於間葉幹細胞的毒性，僅用1 ×103個細胞就能測出低至0.3125M的Dox劑量。本研究結果顯示，Luc-FND複合物是一種高效能的生醫工具，可將生物發光蛋白均質傳遞到間葉幹細胞中，提供了一種檢測和驗證治療成果的新方法。

本研究以X光繞射、吸收光譜、拉曼散射、光學顯微影像、氣相層析質譜儀、高效液相層析儀等跨領域多元實驗技術，探討川七生長素由頂芽向植物體輸送過程中生長素活性變化的行為，以及向觸性(thigmotropism)對生長素分子組態的影響。Indole-3-acetic acid (IAA)是植物生長素中最主要，而且是自然生長中含量最豐富的分子。不論是由川七莖萃取的IAA粉末或活體川七莖的實驗結果，我們發現：(1)川七捲曲莖中活性IAA分子在非接觸面的含量明顯高於接觸面者約10%之多；(2)IAA分子在莖部運輸時發生串接成整齊排列的現象，非接觸面IAA的整齊串接個數為接觸面IAA的2.4倍之多；(3)活性IAA由頂芽運輸到捲曲徑非接觸面時僅剩2/3具有活性，而運輸到接觸面時則僅剩1/2具有活性。另外，我們的研究結果也證實了川七的無性繁殖構造-零餘子，其粉末有顯著的抑菌效果。

深度學習透過迭代的訓練，如沿著梯度反方向更新權重的梯度下降法，旨在找出損失函數建構出的多維函數圖形中，其全局最小解的變數組合。我們受到在睡眠中的快速動眼期啟發，此時期腦中的高頻率γ波可以強化學習效果。本研究模擬此現象，提出一使原損失函數擁有自適應的增幅功能的演算法（稱之為REM方法），且其中的超參數能夠根據其應用調整。 本研究將REM方法應用於三種經典的優化法，並且以五種異質的資料集測試。實驗結果指出，在搭配隨機梯度下降法（SGD）與自適應學習率優化法（Adagrad）時，REM有顯著的優化效果。REM方法不僅能大幅加速訓練進程，亦能避免特定的訓練問題。

We are conducting research for the purpose of treating contaminated water generated by the nuclear accident with C.moliniferum. In previous research, the school seniors examined whether there is a difference in absorption by changing the wavelength of the LED to establish efficient Sr2+ absorption conditions. As a result, the red wavelength was found to be effective for the efficient Sr2+ absorption of C. moniliferum. Therefore, in this study, in order to verify how much Sr is actually absorbed into the cell, the amount of Sr absorption using an atomic absorption photometer is quantified, and the previous research has shown that red is effective for the efficient Sr2+ absorption. The wavelength was considered to be effective because of photosynthesis, and was observed with a scanning electron microscope (SEM) using the photosynthesis inhibitor (DCMU). As a result, it was clarified that C. moniliferum absorbs Sr intracellularly, and photosynthesis was related to absorption.

本研究利用仿生機器人(Biomorphic robotics)來探討蜂鳥(hummingbird)在不同重量變化下的飛行機制。本實驗利用了使用多連桿結構組成的仿生蜂鳥機器人，並使用懸吊裝置來模擬不同重量的蜂鳥，再藉由慢動作高速攝影機來紀錄蜂鳥振翅飛行的過程。透過影像分析與紀錄重量變化來分析仿生蜂鳥拍翅時的動態行為後，我們可以得到與仿生蜂鳥重量相對應的上升力結果與不同蜂鳥重量下相對應的拍翅頻率數據。我們從這些關係分析作圖並推導出對應的公式，這些結果可以解釋為何大部分蜂鳥重量都介於10 - 20克以及拍翅頻率介於20-50Hz，目前尚未有文獻發現及探討這些相關現象的研究，此研究的結果可作為未來微型撲翼機(ornithopter) 的設計參考，有助於微型軍用探測機械與小型空中救援機械的發展。