全國中小學科展

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臺灣

自己的鳳梨自己救─電腦烘培的鳳梨乾

電腦能幫我們烘培鳳梨乾嗎?家鄉居民種植的鳳梨豐收時,也要擔心價格的下跌。我們融合家鄉和專家提供的鳳梨烘培法,設計了多個實驗,想要找到更好的烘培方式。 要能順利完成這些實驗,必須要在烘培的過程中,不斷的改變烘培溫度,如果由人工操作,將是一個不可能完成的任務,因此我們想由電腦來幫忙控制果乾機的溫度。 利用學校所教的程式設計,我們結合了Arduino微控卡、感測模組、果乾機,自製了一台變溫果乾機,藉由電腦程式,我們能控制烤箱中的溫度,並將相關資料儲存起來、分析利用,因此成功的完成了實驗,也烘培出了好吃的鳳梨乾,而且在創新口味、增加保期、縮短時間、節約電能上,都能有改進,電腦確實幫我們烘培出了優質鳳梨乾。

「擊擊蠅蠅」─探討東方果實蠅之防治

台灣的農業現在飽受東方果實蠅的侵害,許多農民叫苦連天,辛苦的收成就這樣毀於一旦。於是我們尋求了師長的協助,以及教授的指點,展開我們的研究。起初,我們查詢資料了解它,並飼養東方果實蠅,觀察其幼蟲變成蟲的過程。再來經由實驗找出幾點吸引東方果實蠅的誘因:趨光性、黃色、芭樂,並結合所有誘因及我們所了解的知識,從高中生的角度和低成本的觀點切入,做出「科學誘捕器」。做出後,實際放至野外觀察,再將其缺點改善後,改良出「終極生化誘捕器X(STBX)」,再放出野外實驗,將得到的結果記錄了下來。希望此研究能對未來農業展現一份心力。

好膜成雙-幾丁聚醣複合保鮮膜製作之探討

食安與環境問題是地球永續發展的重要議題,我們以無塑材料幾丁聚醣(CS)與海藻酸鈉(SAL)來製造保鮮膜,研究結果發現:1. 幾丁聚醣(CS)加酸水解後可成膜但不防水,加鹼中和後可防水但非常皺。2 .2%CS和2%SAL 無法直接製成混合膜,須以複合成膜方式製膜。3. 2%SAL交聯反應後,可與CS製成膜性較好的複合膜。4.添加天然增塑劑(甘油、蜂蠟、橄欖油)可增加CS-SAL複合膜韌性(拉力)、可塑性及防水性,而添加明膠後,雖然韌性降低,但卻大大增加形變率,可以製成適合包覆食材的保鮮膜。5.加入添加劑後的保鮮膜在防止麵包發霉與香蕉變黑都有不錯效果,但沒有辦法明顯防止蘋果褐變。6.自製保鮮膜在泡過酸鹼後,仍具包覆效果,而加入添加物的保鮮膜具有透氣性。

真的是23.5度嗎?-以天文及氣象資料探討固定型太陽能板最佳架設傾斜角

太陽能板一架設完成就要發電20年,若架設角度不正確,會嚴重影響長達20年整體發電量。那太陽能板最佳架設角度為何?又如何確保施工時能正確架設該最佳角度?為解決上述問題,本科展作品,藉由理論計算、電腦模擬實驗與實際系統量測交互比較驗證,依據太陽運行軌跡與氣候資料,逐步探討出固定型太陽能板最佳架設角度。我們依序進行9個實驗,成功驗證一套能依據太陽能板所在緯度與方位角來決定出固定型太陽能板最佳架設傾斜角的方法。更進一步使用數值方法以曲線揉合(curve fitting)法來得出公式,使其不需大量運算即可算出固定型太陽能板最佳架設傾斜角。最後,本科展作品使用BrainGo控制板、直線雷射、GPS、電子羅盤與陀螺儀,成功研製一固定型太陽能板架設角度標示儀,能有效幫助業者與DIY者輕易架設正確固定型太陽能板架設最佳角度,有效確保20年的太陽能系統發電效率。

一步合成碳奈米複合材料與奈米碳管應用於超級電容電極修飾

本研究以高溫鍛燒的褐藻酸鈉鹽與亞硫酸銨混合粉末作為電極修飾材料,並與多層奈米碳管(CNT)混合後,附著於碳紙極電板上。修飾材料中推測含有碳奈米纖維與碳量子點,其表面具親水性的含氧官能基,可提高CNT在水相中的分散性;而碳奈米纖維則推測可增加材料的機械強度,提升電極可撓度。研究藉由調整鍛燒溫度和氮材合成比例,探討不同變因下製造的電極修飾材料對電容效能的影響。 得知最佳鍛燒條件為:褐藻酸鈉鹽與亞硫酸銨1:1(重量比)、鍛燒溫度為160℃。利用此條件下製作出來的電極修飾材料,可以使實驗材料達到最高的比電容值324F/g。此製程大幅提升了奈米碳管的比電容值(對照組128F/g),期待未來能實際運用於電能儲存裝置上,或搭配電池應用於可撓式電子裝置。

「球」破樓出

在本次的研究中,主要在探討Google面試問題。我們將題目的「快速」明確定義為平均次數最少,並用總樓層10為例推出通式,透過平均與隔層數之函數求出固定隔層數的最佳解。再透過觀察圖形表格,移動表格後建立數格圖的概念,尋找更佳結果,找出更理想的解答方法並與Google解答比較。之後,將題目的兩顆球延伸至三顆球,利用之前推導次數的概念,將二維數格圖擴增至三維立體數格圖,並找到適合所有樓層的最佳解法。

費馬多邊形數定理之延伸探討

本研究旨在對費馬多邊形數定理(任意非負整數皆可表成n個n邊形數的和)進行更進一步的延伸探討,更精確地說,即是:對於給定的二次式an2+bn+c,定義一數列〈an 〉n=-1∞=〈a-1=0,an=an2+bn+c, ∀n≥0〉,而若存在一最小正整數γ,使得對於所有非負整數x,可由數列〈a_n 〉_(n=-1)^∞中取出共γ項,滿足x恰為這γ項之和。這時,我們稱正整數γ為二次式an^2+bn+c的指標值,定義函數Yi使得γ=Yi(an2+bn+c)。 在本研究中,首先先行探討函數Yi的一些基本性質,再藉由電腦以暴力法算出一些二次式指標值的下界,從這些指標值中找出規律,將其推廣至所有我們所討論的二次式,並證明之,至於再探討二次式指標值的上界的部分,我將數學家MelvynB.Nathanson證明費馬多邊形數定理的證明技巧,稍作改寫,使其能夠應用至更為一般的情況,藉此系統性的求得二次式指標值的可能上界。最後,經由不斷的優化上界與下界,即可求得二次式的指標值。

砧材實料

比較了市售不同材質的砧板耐用程度,發現木材砧板會因為較易吸水而比其它材質的砧板更易發霉、變形、膨脹斷裂,為了改善這些問題,我們進行了木材改質的實驗,化學改質方面使用聚乙二醇(PEG)來填充細胞腔,降低細胞腔內可容納水分子的空間,進而減少因含水率高引起木材變形、發霉、劈裂等劣化情形;物理改質則利用熱壓縮的方式,提高木材的密度,增強表面的密緻度且減少細胞的空洞,亦有減少含水率的效果。希望藉由使用安全、安心、無毒的方法將木材效能提高,讓改良後的木材在使用上更加便利與耐用,也不需擔心像塑膠有毒性和環保的問題,成為製作木食器用品的最佳首選,亦可提高台灣中小徑木製材使用率的提升與國產材的應用拓展。

探討rVP1在肺癌細胞上Integrin路徑及Wnt/β-catenin路徑的作用機制

經基因重組技術純化的口蹄疫病毒鞘蛋白rVP1被證實在癌細胞內會經由Integrin路徑對癌細胞的轉移及凋亡產生影響。本研究所探討的是rVP1對肺癌幹細胞H1299及肺癌細胞A549中Integrin路徑與Wnt/β-catenin路徑的作用機制,目的除了要了解兩路徑在肺癌細胞中的影響,也希望能找出兩路徑的交互作用機制。 本研究發現肺癌幹細胞H1299中β-catenin會因加入rVP1而表現量下降,與肺癌細胞不同;肺癌細胞A549中Wnt/β-catenin路徑上游的膜上受體Frizzled-8因rVP1作用而表現量下降;而不論在肺癌幹細胞H1299及肺癌細胞A549中Grb2都不會因rVP1作用而表現量有所改變;Wnt/β-catenin路徑下游產物MIG-7則會因加入Wnt3aligand而表現量下降。 由實驗結果推測癌症幹細胞本身與癌細胞特性不同,可能使得Wnt/β-catenin路徑產生的效果不同;Grb2的變化量則需要更多實驗求證。Integrin路徑會影響到Wnt/β-catenin路徑的上游生成,兩者確實有相互影響。

神奇的雙線智能無線開關-無源無線開關之研究

自發明電燈以來,一直採用有線的控制方式,須在牆上開槽、埋管線、穿電線來安裝開關,以控制燈泡,若要加其他開關須重新鋪線。為解決此問題而發明無源無線開關,但成本高、配線複雜,是目前的痛點。 本研究特色在於直接使用內建無線接收模組的控制器開關取代傳統2P(二個接點)開關模式,從雙向閘流體的開關接點上取得漏電流的能量來提供接收模組所需電源,且無鬼火發生的問題,以取代市面上需額外加電源線的問題,只要雙線且不分極性,以達到接收器無源的目的 ; 利用電磁感應定律,藉由按壓方式使線圈內磁力變化進而產生感應電流,以達到發射器無源的目的,將此二種設計整合即可達到無源無線多控的目的,且降低製造和配線的高額成本。