全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

皮革的泡澡攻略

在這次的研究中我們嘗試採用植物染的方式來染皮革,因文獻中並沒有皮革植物染的相關資料可以參照,我們參考動物性材質的布料如蠶絲、羊毛的相關文獻來設計實驗,染劑則選用天然的中藥茜草與山梔子。 研究中發現與染布不同的是,染皮革時要加入滲透液才能讓顏色更均勻附著在皮革上。而加入不同的媒染劑,可以變化染出來的皮革顏色,明礬會讓染劑在皮革上顏色變得更鮮豔;加入醋酸銅染出的皮革變成咖啡色;醋酸鐵會讓皮革顏色偏黑。浸泡時間的長短也會影響皮革的顏色變化,溫度也會影響皮革呈色,我們將變化依次紀錄,找出規律,從而在皮革上染出想要的顏色,最後塗抹表面處理劑防止氧化褪色,並配合皮革工藝製作出兼具美觀與實用的皮革文創商品。

Automated Debugging System – Implementing Program Spectrum Analysis and Information Retrieval on Fault Localization

在程式專案開發中,偵測錯誤常為最耗時的環節,進而影響整個專案的開發時長。而現今雖有些許輔助開發者提升偵錯效能的工具,但這些工具也只能藉由提供編譯執行中的資訊讓開發者省去偵錯時的繁瑣步驟,仍須開發者自行評估每段程式碼的正確性。此研究透過程式段落分析與資訊檢索實現自動錯誤定位,在每個程式段落標記其成為臭蟲(bug)的可能性。在程式段落分析中,執行使用者之原始碼,並透過歸納最終結果為正確及錯誤之執行路徑差異分析出每個程式段落的可疑性。接著運用資訊檢索技術於資料庫中找尋相似之原始碼,並參考其偵錯結果優化現有之可疑性,形成最終之可疑性排名。此研究不只結合了上述兩種技術,更優化可疑程度之計算方法以及資訊檢索中的相似度比對機制,達到更完善的錯誤定位。(此指「臭蟲」非語法錯誤(Syntax Errors),而為邏輯錯誤(Logic Errors)。)

彩色二維條碼手持產品開發之探討

QR Code是由黑白模組組成的二維數位條碼,掃描後可讀取儲存的訊息。受限於設計原理,QR Code使用二進位制儲存資料。增加模組數目可增加資料量,但若在條碼內塞進太多模組時,尺寸太小的模組將無法被掃描器讀取。此外,目前QR Code掃描器僅支援單張掃描,並無法應付同時多張條碼掃描的實務需求。 如能克服顏色辨識,理論上彩色二維條碼將能克服現行QR Code的限制,但市面上並無相關產品可供測試。因此本專題設計了一款10×10、具8顏色的"Colour Matrix",並利用Raspberry Pi開發Colour Matrix在手持裝置上運作的軟硬體來進行實驗。此實驗成功利用機器學習演算法在Raspberry Pi上進行的顏色辨識。開發的程式在單張掃描上效能與使用pyzbar辨識QR Code相當;在多張掃描方面,使用pyzbar辨識QR Code的解碼成功率為3.1%,而本專題的方法將成功率提升至92.4%,擴增數位條碼的使用範圍,具商用價值。

印刷微電極晶片量測酵母菌濃度研究

食品快篩廣泛運用在生活當中,而受到這種機制的發想,本實驗想運用阻抗頻譜推估酵母菌的未知濃度,讓民眾了解自己平日所攝取的物質是否有過量而影響身體健康。本實驗利用網版印刷做出四種不同規格的銀膠晶片感應溶液的阻抗及導電率,用LCR掌上型電錶測量不同濃度的強電解質NaCl(食鹽水)確認晶片能有效的使用,再測量弱電解質醋酸的平衡常數,最後擴大至大分子味精及生物酵母菌,成功得到生物溶液酵母菌的阻抗頻譜和檢量線,如指叉數目為8、指叉間隔為0.1mm的指叉電極,其對酵母菌溶液的檢量線R2值為0.9958,靈敏度為3.08x10-6 ± 1x10-8,在98%信心區間下之偵測極限為0.0125 (顆/1mm2),為生物快篩檢測提供了新的可能。

逆水「停」舟,不進則測阻力

上學期我們參加學校「水上足球機器人比賽」,比賽成敗的關鍵是機器人移動速度。相同動力下,船底的形狀會影響機器人前進的速度,我們裁切保麗龍板並加上動力讓保麗龍船能在壓克力水槽內移動,之後改良用珍珠板,讓船沿著軌道直線前進,配合資訊課程式語言(micro:bit),自製測量珍珠板船移動速度的器具。 實驗發現:軌道的形式會影響珍珠板船的移動速度,因而改變研究方法,讓船不動,水流動來測阻力:用抽水馬達製造水流,船頭挷細線,透過滑輪改變拉力方向,一端垂吊重物,水流動時重物減少的重量即阻力。我們製作許多不同長度的船板,測量不同長度受到的阻力,並增加載重及改變水流強弱,試著研究船的長度、寬度、載重、水流快慢和阻力之間的關係。

「鋅」「錳」相傳─可逆電化學沉積溶解的水系鋅錳無隔膜液流電池

使用醋酸鋅及醋酸錳的金屬離子電解液建立自製的鋅錳液流電池循環系統,透過負極Zn/Zn2+及正極Mn2+/MnO2的氧化還原反應,成功實現無隔膜的可充式鋅錳液流電池。在電解液濃度實驗中,觀察到較濃的Mn2+濃度會增加MnO2的沉積,有較好的充放電效率。在不同pH值的實驗中,發現pH= 6~6.5的醋酸根電解液,有最佳的鋅錳液流電池充放電庫倫效率及能量效率,分別達80%及40%以上。使用加入更多硫酸根離子pH< 5的酸性電解液,雖有稍高的放電電流,但會提早耗盡MnO2使充放電效率降低。電極擺放方向的實驗結果,顯示平行水流有較佳的充放電效率,此外重複充放電實驗也證明醋酸鋅錳電池可保持極佳的庫倫效率,有很好的再現和穩定性,實驗結果將有助於未來鋅錳液流電池的進一步研究。

Forming Polygons with Broken Pick-up Chocolate Bars and Spaghetti Noodles

”The broken pick-up sticks problem” is proposed by T. Kyle Petersen and Bridget Eileen Tenner in 2020. We solve the problem by considering the discrete version using random variables, and the limit behaviour of the discrete version gives us a combinatorial solution to the original problem. We also evaluate the probabilities of the triangles formed by the broken/pick-up sticks satisfying some specific geometric conditions with various techniques, including calculus and elementary number theory.

「胭」「脂」來者不如今也

至今未有一款完全可食用又不對人體造成危害的口紅,本研究嘗試尋找生活中易取得的食材製成可食用、天然的口紅。首先參考並比較網路的做法進行改良,將其中化學色粉改為食用級天然色粉,發現天然色粉須使用隔水加熱法進行配製,因天然色粉由植物乾燥脫水研磨而成,其中所含天然色素的化學性質各不相同,本研究嘗試添加適量天然乳化劑使自製口紅更均勻顯色。此外進一步測試自製口紅品質,測試項目包括溫度、硬度、防水、沾杯及持久度等,並使用ImageJ程式進行口紅有效顯色比例及口紅均勻度量化分析,總結各項測試得出最顯色、不色衰、且不脫妝的口紅配方為:椰子油4克、維生素E0.4克、蜂蠟2.1克、天然乳化劑0.2克、色粉0.8克。

UV照射對黴菌生長及幾丁聚醣含量之影響探討

本篇研究主要在探討UV照射黴菌所導致的幾丁質含量變化。本組以家庭中常見的青黴菌複合體作為材料,證實黴菌經UVB照射30秒後可促進生長及增加養分的累積,並且也能得到稍多的幾丁質及幾丁聚醣。我們從文獻分析黴菌和蝦蟹外殼的幾丁質結構,發現其結構上有所差異,再比較由實驗萃取幾丁聚醣的成本和市面上大多是經蝦蟹外殼萃取產品的售價,發現兩者價格差異不多。

阿緹米絲的舞步-討論月球複雜又多變的軌跡

阿緹米絲(月神)所代表的月球自古就是人們關心的對象,本研究的主題就是探究月球在天空複雜又多變的軌跡。一開始我們研究月亮盤,在給定農曆日期及觀察時間後,月亮盤就能知道月球大概方位,可是沒有正確的方位角及仰角。接著我們利用氣象局網站月出、月中天、月沒資料進行研究,發現月球軌跡在天空中南北方向約有27.3天的變化週期(而太陽軌跡有365.25天的週期),太陽、月球兩者的軌跡就像在天空南北方向作簡諧運動,只是振幅和週期不同。再來我們利用天文年鑑列出的月球的位置資料,歸納出月球黃經、黃緯的計算公式,可計算出月球在天空的位置,最後我們找出用太陽、月球的黃緯、黃經相交範圍及作圖法來預測日月食的發生。