全國中小學科展

臺灣

一機在手、任意遊走~雲端NFC鎖

市面上的智慧手機,不管是 Android 或 iOS系統,愈來愈多支援讀取 NFC 標籤功能,已提供現代生活廣泛與便利的應用。本研究即以NFC技術出發,探討結合物聯網(IoT)與手機的應用,成功完成雲端智慧門鎖產品。研究的成果有:(1)透過LinkIt 7697的Wi-Fi 無線網路功能,可雲端記錄、管理、通知與開關門鎖;(2)可利用網頁、手機及NFC感應器等多種方式操作;(3)透過 LinkIt Smart 7688 控制版, 抓取Webcam影像,可遠端監看門鎖開關動作;(4)門鎖開關有異常情況時,可發出類似汽車警報器的警告效果;(5) 運用3D列印機提高產品製作效率,產品可快速組合且具美觀效果,適合應用於家庭或學校教室等場地。

公益是否有價?── 論消費者背景變項與公益商品之關聯

消費者對於公益商品的訂價看法為何?利他行為會不會有價差?本研究採取隨機分派之問卷研究法,調查板橋車站內受試者所認為的合理公益餅乾售價。問卷分為兩個模組,分別為公益餅乾與非公益餅乾,消費者填答自己所認為的合理價格,並同時填寫性別、年齡、教育程度等等基本資料。 研究者將600份問卷排除遺漏值後,以584份數據資料進行迴歸分析。分析結果指出,年齡介於21到30歲之間的青年,最不願意為公益理念付出金錢,同時,教育程度越高以及感情狀態處於單身者也不願意為公益理念付出價差,而整體來說,受試者公益與非公益模組間的價差大約為平均價格的百分之十。研究者對此四項主要發現進行推論與探討,並期望日後有更多相關方面的研究。

確定有限狀態自動機與量子有限狀態自動機之間的轉換與比較

量子計算的效率相較傳統計算有指數級成長。然而此領域中多數研究皆專注於量子計算的性質本身,鮮少討論如何將傳統環境中的既有資訊轉換至量子環境下。一旦量子電腦實現,受量子效應限制,傳統資料多半不能相容於量子環境中。因此,本研究的目的是發想出一種系統性的演算法以確實跨越量子資訊與傳統資訊之間資料結構的藩籬。我們選擇的計算機模型是確定有限狀態自動機(Deterministic Finite Automaton,簡稱DFA)。 本研究由自動機的轉移矩陣(Transition Matrix)及量子環境要求的可逆性(Reversibility)出發,自傳統DFA一步步轉換至量子有限狀態自動機(Quantum Finite Automaton,簡稱QFA)並進行優化。最終,我們定義出一種新的QFA模型(QDFA)能在量子環境下運行,具有增大的字母表(Alphabet Set)但功能完全等價於DFA(能辨認正則語言)。本研究獨創的演算法的時間複雜度為O(C×N2)。

熱鍋上的舞者-聚丙烯酸鈉的Leidenfrost效應分析

將水晶寶寶放置於加熱板,會不斷跳動並發出高頻聲音。本研究透過錄音及錄影進行分析,探討其跳動的原理及特性。研究發現:水晶寶寶於加熱板溫度80°C開始出現穩定跳動,並發出高頻聲音。溫度越高,跳動高度越低且聲音頻率越高。並發現水晶寶寶為符合虎克定律之彈性固體,其聲音頻率與√k成正比,符合簡諧運動的型式。進行動力學分析發現,水晶寶寶於加熱板撞擊之恢復係數穩定於1附近震盪,且發現水晶寶寶撞擊加熱板時會噴發氣體。我們嘗試於加熱板上方放置壓電晶片進行撞擊,發現溫度越高,產生電壓越高,可透過碰撞實現能量轉換。最後結合聲音及動力學分析,提出物理模型針對觀測之現象進行解釋,論證此現象屬於高含水彈性固體的Leidenfrost效應。

從A到B再到C―從組合數學觀點及生成函數來看Avoid數列及其多項式組合係數B

對於排列組合數學中避免特定序列的方法,是一個已經提出很久的問題,而對於長度為n,避免同一物連續出現兩次的方法,俄國學者Tanya Khovanova [1]提出一遞迴式。既然知道避免同一物連續出現兩次的方法數,那避免同一物連續出現m次的方法為何呢? 在去年的臺灣國際科展「從Avoid數列到類巴斯卡三角形」我令其方法數為A,計算其遞迴關係,並寫成以B為係數的多項式,計算B的遞迴關係。 為了計算B的一般式,今年我的研究過程: 1. 今年不同於去年的臺灣國際科展,重新以較直接且簡單的排列組合證明避免同一物連續出現m次數的方法數A之遞迴式 2. 同1.,重新以排列組合證明B的遞迴式,並找出選取個數小於m時之一般式 3. 以生成函數計算B及A,並計算B的一般式 4. 發現B的大小隨著選取個數接近常態分佈

星系演化? 剖析巡天資料庫驗證星系顏色與紅移關係

透過研讀論文Strateva et al. (2001;簡稱S01),開啟了我們對於星系的星等、星色考量紅移情況下之關係的興趣,並展開以下研究。S01利用Sloan Digital Sky Survey (SDSS)所提供的測光數據,首次依據顏色u*-r*,將星系解析為偏紅以及偏藍兩個族群。本研究藉由SDSS最新提供的光譜資料進一步取得精確紅移數據,經由 K-correction復原靜止坐標系中各星系的星色,並可透過距離模數消除距離對於星系亮度的影響。因此,本研究得以分辨出兩類星系族群的紅移演化。我們發現紅移效應和星系本質的特性對於 r*<17.77且z<0.3的星系有顯著的影響。在研究目標範圍內,兩類星系族群皆沒有發現紅移演化對於顏色的影響。本研究也與 S01作比較,討論了分析中可能的誤差來源。

探討胃幽門螺旋桿菌毒性因子GroES之重要胺基酸組成及其致發炎機制

胃癌為全球癌症致死率第二高的癌症。胃幽門螺旋桿菌(Helicobacter Pylori)為其致癌最重要的因子之一,世界衛生組織更將其歸類於第一群確定性的致癌因子。幽門螺旋桿菌分泌毒性因子GroES蛋白,感染胃上皮細胞後能引起發炎反應;且發炎反應中,以介白素-8(Interleukin 8, IL-8)的釋放量最為顯著。GroES蛋白(全長1-118)在羧基端有28個延伸的胺基酸片段,刪去則GroES蛋白失去誘導細胞釋放IL-8之能力。因此我們希望進一步找出此延伸片段上最關鍵的致發炎片段及機制。 我們每次刪去6個胺基酸,探討GroES蛋白上與致成胃部發炎最為相關的胺基酸片段;接著以加入還原劑、加入螯合劑以及點突變的方式深入分析此致成胃發炎毒性因子的結構,探討可能的致發炎機轉。由實驗結果來看,GroES蛋白羧基端半胱胺酸(cysteine)之間雙硫鍵形成的環狀結構能夠誘導胃上皮細胞釋放IL-8,可能與致胃發炎有關;亦可能是組胺酸(histidine)與鎳離子之間的配位鍵引起細胞的發炎反應。Point mutation結果則顯示cysteine之間雙硫鍵形成的環狀結構。 未來我們將更進一步探討此環狀結構存在的條件,也探討histidine與鎳離子之間的配位鍵對於致發炎的影響。我們希望能將研究成果發展成生物標記分子、疫苗以及單株抗體,進而建立一個應用平台,以儘早發現並治療胃部發炎等胃部疾病。

三角形同向切割線之性質推廣

William Johnston 和Joe Kennedy首先以切割重組的方式提出了任意三角形的面積為第 組同向切割線所得到中央三角形面積的7倍(即 )。本研究將此方法性質加以推廣,我們證明了任意三角形其 ,而在推廣至任意四邊形時,由於公式十分龐大複雜,無法化簡,因此我們退而求其次,證明了任意梯形第 組與第 組同向切割線所切割出的面積與線段比例特性。最後,我們也分析探討任意梯形當 時(即平行四邊形)以及任意正 邊形其第 組同向切割線之性質。

迷路之音─腔體共振減噪的研究

本研究主要探討開口管自然頻率的聲音在腔體共振後產生的減噪效果。我們利用穿孔管及密閉腔體自製共振減噪裝置,針對不同的變因設計實驗來驗證,研究結果如下:一、形成共振減噪須滿足條件為:(一)穿孔管長度為欲消除聲音波長的二分之一;(二)最佳開孔位置與入口端腔壁需距離四分之一波長;二、當腔體共振減噪時,開孔數量越多,減噪率越高,有效減噪頻率會越接近自然頻率;三、在最佳開孔位置前後端另外開孔,可同時增加自然頻率附近的減噪率,擴大有效減噪範圍;四、多位置開孔時,孔距對孔徑比為7:3,有最佳減噪率;五、密閉腔體容積會影響減噪效果,容積越大,減噪率越高。

泥造城堡--探討黃胸泥壺蜂「銜泥建造巢室」的策略

本研究探討黃胸泥壺蜂『銜泥建造巢室』的生態行為。結果一:先吸水→做泥球→做巢室→產卵→抓獵物→封口,平均花6小時13分32秒。結果二:水與砂土攪拌→身體下壓→砂土成球狀。體長、胸部與泥球間r值分別為0.84、0.71屬高度相關,推測胸部越大,做的泥球也越大。當抱起泥球4 ∕ 5處,以大顎、左右腳三者平均對乾濕泥球向上施力0.043gw、0.050gw,是穩定且省力的搬運方式。結果三:壺蜂體長與巢底、壺口間大小為2.67±0.14cm、2.54±0.34cm、0.66±0.09cm,r值在0.74、0.84均屬高度相關,推測當體長越大,建造巢底與壺口會越大。卵被產在離壺口約36%的巢室頂端,從上而下垂降約38%。結果四:被寄生率88.5%,壺蜂發現巢室被寄生或破壞,會出現思考性的修補或棄巢行為。