全國中小學科展

臺灣

應用濕度感測器監測食品保存性之研究

首先以濕度儀測量花生樣品之水活性,需時超過264分鐘,而水活性儀僅約22分鐘,經實驗證明,較小的密閉空間可加速平衡相對濕度的穩定,進而縮短測試時間。因此,本研究設計自製 DIY裝置,樣品槽上部空間採用圓錐狀設計可縮小空間,同時促進水氣向上集中,提高測量穩定性。進而利用六種飽和鹽液進行校正,得到趨勢線方程式應用於DIY裝置之校正,使其測量結果與專業水活性儀無顯著差異。就經濟成本分析,濕度儀與水活性儀的購置成本分別為新台幣9,500元與103,500元,而 DIY裝置的材料成本僅為1,151元。本研究開發之DIY裝置在提升測量準確性與時間效益的同時,亦具備高度成本效益,未來頗具商品化潛力。

「蝕」無忌憚—空蝕效應中空穴產生的機制及特性之探討

本實驗探討空蝕效應空穴產生和氣泡附著於鋁箔紙上的情形。我們使用超音波洗淨機為製造超音波場的工具,將固定大小的鋁箔紙放入超音波場中產生破洞,透過破洞在鋁箔紙上的分布,推論在腔體裡氣泡的分布與傾向附著的部分,也利用顯微鏡在微觀下更仔細地觀察破洞的擴張情形,藉以得知氣泡如何在鋁箔紙上附著。 實驗中我們利用不同觀察方式,推論出氣泡在鋁箔紙上造成破壞的位置,也利用顯微鏡實際觀察破洞,確認我們的推論,使用顯微鏡實際看到破洞後,我們透過破洞的變化,建立許多模型,最後根據我們推導出的理論製作程式,模擬一個完整的鋁箔紙,按照這些氣泡產生與附著機制產出的破洞分布,和實驗結果有無相符,再次證明我們對氣泡的理論。

生生不息

如何應用現代科技更有效節能? 可調光LED照明系統一(AMB82+L298+5730LED+光敏電阻),讓室內環境的光照度保持在適合閱讀的範圍(550~650lux),這樣做還可在有開窗戶時省8%左右的電能。 可調光LED照明系統二(AMB82+L298+5730LED+GenAI),讓室內環境的光照度保持在適合生活的範圍( 300~400lux),這樣做還可在有開窗戶與太陽時省20%左右的電能。 如何讓我們的家更舒適? 空氣品質檢測控制系統(AMB82+一氧化碳感測器+DC風扇+繼電器),當室內空氣不佳時,例如:抽菸,自動開啟離心扇,把二手煙抽到室外;當夏天開冷氣時,也可以開啟風扇往內吹讓空氣循環更好,節省冷氣用電。

雙轉子反向相對運動對感應電動勢影響之研究

本研究針對傳統單轉子發電機效能不彰能量嚴重耗損,提出創新雙轉子技術以提升發電效率降低能源浪費。核心設計為雙轉子反向旋轉結構,透過相對運動提升角速度與磁場變化,增強感應電動勢生成。透過對比實驗,證實雙轉子結構較單轉子提升1.4倍感應電動勢,參考Weber Fechner Low建立對數數學模型,描述電動勢與旋轉參數之非線性關係。 同步研發雙轉子架構展現穩定性與模組化彈性擴充,具備取代傳統發電機潛力,適用於分散式發電與再生能源領域,展現高效、緊湊且具實用價值之創新應用電力生成技術方案。

啞鈴幫我數與運動姿態分析系統

健身房四處林立,健身為現代人所崇尚的活動,人們知道健身的益處,但須持之以恆才能享受,否則容易受到傷害。根據研究證實適當運動對身體的益處大於壞處。傳統啞鈴只是一種健身器材,但也是最佳器具之一,然而每次操作時使用者須自行計算次數,使遺漏次數、多算次數等問題層出不窮,容易造成使用者心理負擔和增加運動傷害的可能性。在作品中我們將啞鈴結合科技,使用時在啞鈴或手機設定次數,啞鈴即可幫助使用者計算次數,也能糾正使用者動作是否標準,當達到設定次數時,啞鈴會發出聲音提醒使用者。系統以ESP32為主控器,搭配6軸加速度感測器偵測慣性運動,介面設計有HMI、心率感測器及藍芽無線傳輸控制,再經由手機APP程式記錄操作者每次運動姿態。

聲音農藥? - 探究自然環境聲音對植物向性與化學防禦影響之研究

本研究探討自然聲音對植物生長與防禦機制的影響,並評估「聲音農藥」在農業中的應用潛力。我們測試了流水聲、雨水聲對黑豆發芽與植株生長時其根生長向性的影響,以及蟲啃咬聲對小白菜葉片被害程度及防禦機制的影響。結果顯示,在流水聲與雨水聲環境下,黑豆植株的根部傾向於朝向聲源方向生長,尤其在缺水環境下更加明顯,顯示植物可能利用聲音信號調控根部生長方向。此外當小白菜暴露於蟲啃咬聲時,其揮發性有機化合物(TVOC)釋放量增加並有效降低紋白蝶幼蟲的啃食行為,證明聲音刺激可觸發植物的防禦機制。 本研究的發現支持了聲音可作為非侵入性環境因子來影響植物生理反應,並為未來發展環保型農業防治技術提供了新的視角。

不對稱上反角與滑翔機滯空時間之研究

本研究探討滑翔機左右機翼上反角(Dihedral Angle)不對稱設計對滯空時間的影響。傳統認為對稱設計較穩定,但比賽經驗發現,適度不對稱反而能提升飛行表現,引發驗證動機。 依據滾轉力矩(Rolling Moment)原理,規劃11 組上反角組合,結合理論與實驗進行分析,並以標準差檢視數據穩定性與可信度。結果顯示,當上反角差處於適度範圍時,可產生有利滾轉力矩,挑戰了對稱設計的傳統觀念,證實其對飛行穩定與滯空表現的貢獻。 研究成果可應用於無人機及無動力飛行器,提供優化滯空設計的新視角。同時也希望傳達:科學來自生活,只要善用身邊資源,便能設計出具探究價值的實驗,進而激發更多人對科學研究的興趣。

合成醣體螢光探針以用於腎臟癌細胞偵測

本研究以合成CCVJ-Sia 醣體螢光探針、分析它的螢光性質並用以檢測人類腎臟癌細胞為目的。透過設計一系列合成實驗,由起始物Julolidine與Sialic acid,成功合成醣體螢光探針,並藉由螢光分光光譜儀得出其螢光強度與黏度具冪次關係,符合TICT理論。同時,我們亦探討改變醣上官能基、不同反應試劑當量數與使用球磨機反應不同時長分別對於醣基化修飾產率之影響,發現當反應試劑當量數高、反應時長適中(兩小時)、官能基氫鍵效應減小時,產率較高。 此外,我們亦透過細胞實驗結果,確認探針能與特定癌細胞上Siglecs受體結合並產生螢光,由此推論此探針具有檢測腎臟癌細胞的效果。

“番”天覆地~難逃“塑”命?塑膠微粒暴露對番茄生長的影響

塑膠微粒(microplastics,MPs)是泛用塑膠製品而衍生的問題之一,且塑膠微粒會透過食物鏈的傳遞而導致人類的健康風險,作為食物鏈起點的生產者,是探討塑膠微粒健康風險的著眼點。基於聚苯乙烯(polystyrene, PS)類塑膠日益擴增的需求,加上小番茄為家鄉重要作物,以及想要窺探塑膠微粒在根部分布的情況,因此,我們利用水耕種植來探討PS塑膠微粒對小番茄的影響。研究結果顯示PS奈米塑膠微粒(nanoplastics,NPs)的暴露會對小番茄產生影響,包含降低其根部含水量、使其更容易遭受蟲害、植株葉片提早黃化枯萎、減少其根系中促植物生長細菌-木糖氧化無色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)菌數,以及大量NPs累積於根部表面而影響小番茄對水分的利用等。不過NPs的暴露在植株乾鮮重、莖長度、開花與果實等生長參數並無顯著影響。

新型態風能共振發電機組開發與設計

我們在生活中有許多共振現象,如:盪鞦韆越盪越高、樓梯旁的欄杆因為風而晃動得越來越快,發出震動的聲響,基於能源轉換,進而開發一款風能共振發電機組。研究分三大部分,首先研究發電機與馬達的科學原理與構造,其二以工程設計軟體RHINO進行3D建模,並導入流體力學的渦漩觀察,能在風場中提升發電效率;其三探究機械結構與風能共振的影響因子,阻風筒、支柱高度、擺盪時的支點比例,達系統效能最佳化。綜上所述,本研究為設計一款提升單位面積發電產能之風力發電機組,透過專題式方法將國中及高中的科學知識進行垂直整合,從而實現創新的綠能科技產品,兼具工程設計及設計藝術學養,具有培育發展綠色能源基礎人才。