全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

紋蜂不動-紅腳細腰蜂飛翔懸停能力探究

本研究透過形態、野外觀察及室內實驗等方式,探討紅腳細腰蜂的翅膀構造與飛翔懸停之間的關係。研究發現紅腳細腰蜂共12段體節。前後翅從第2胸節長出。翅脈各由14及8塊三角、四邊及圓形的翅區構成。野外飛行可歸納為「抬身展翅」、「離地彈飛」、「飛行懸停」及「落地降落」四階段。飛行懸停時,翅膀夾角介於135-180度之間。會使用口器及六足叼抓物體,進行負重飛行。 實驗研究發現,當前後翅張開到180度時,翅膀與空氣接觸面積最大,其抬升的高度、速度以及下降速度等表現最佳。據此推論紅腳細腰蜂飛行時,會藉由擺動翅膀角度來控制翅膀與空氣接觸面積,達成懸停之目的。翅脈紋路會影響翅膀抬升高度、速度及下降速度,有紋路的翅膀有較佳的懸停表現。

「蟲」來不「蚊」 -校園AI防蚊管制系統

本研究建構一套「校園安全AI防蚊管制系統」,內容包括:(一)防蚊物資監測模組,利用電子天平結合市售的自動噴霧機裝置,可讓人員獲知且適時補充。(二) 開發智能捕蚊燈,利用蚊蟲對光的趨性來誘捕病媒蚊,經實測後發現,可見光中以紫燈且閃爍時間一直亮的捕蚊效果最佳,最佳補蚊高度為離地180 cm,並依功能發展出光感測與自動定時的複合式捕蚊燈。最後執行遠端操控並上傳盒底捕蚊的即時影像,並結合AI蚊蟲辨識找到病媒蚊。(三)積水容器辨識的模組,以無線智慧網結合AI影像辨識,協助判斷校園中可能的積水容器,並藉由LINE通知。(四)開發專屬的APP,整合操作界面,方便使用。我們期待能由校園做起,建立這套防蚊監測網,一起維護師生的安全。

Discussion for Titanium Peroxides and Their Application for Dealing with Zombie Shrimp Issue

Food safety was an important issue recently. Today sodium percarbonate was used to fake the vitality of shrimps to earn a good sell. However, it may cause harm to health because of the peroxides left over. To handle this problem, we set up two goals to achieve: detecting them and then removing them. In the past, the titration skill was an easy method for determining the concentration of H2O2. It not only spent too much time but also resulted in errors commonly. In this research, titanium sulfate and citric acid were used to prepare the colorimetric reagent. To measure the peroxides in water, several factors were controlled and the SOP for detecting and the calibration line for peroxides finally established. In practical, we turned the colorimetric reagent into the fast test paper which was easily for use. The other part of this research was to clear up the peroxides in water. We use titanium sulfate, hydrogen peroxide and citric acid as starting material via hot-bath method to prepare the nano-photocatalyst of titanium dioxide. Since the powder was inconvenient to deal with large amount of water. The powder-like TiO2 was further made into ball-shaped TiO2 in favor of water treatment and reuse. It was found that the photocatalytic performance of ball-shaped TiO2 was effective to be on duty for removal of the peroxides. In summary, this research provided two techniques to deal with the zombie shrimp. The novel method for synthesis of TiO2 catalyst and the preparation of colorimetric reagent for fast test paper were all in low cost. They had great potential to develop in marketing demand.

以甲醇與甲酸為營養源評估甲醇利用菌的碳利用效能

本研究以化工廠的活性污泥中篩出的甲醇利用菌Methylorubrum populi 進行研究,經全基因定序得知其具備染色體與質體各一組,再經序列分析找出5488組基因、對應5376組蛋白質與347個代謝路徑,其中包含可以利用甲醇、甲酸進行生合成的多條路徑。在不同的酸鹼值下,以不同比例的甲醇、甲酸為碳源,輔以銨鹽礦物鹽基礎培養液培養,測量此菌生長曲線的變化,由此推得生長半生期、倍增時間等各項參數,並分析乾燥後菌體的氮、碳、氫元素比例,以評估其碳利用效率。分析結果在pH 6.7、以甲醇為碳源的狀況下,以其碳排46.7%減去碳利用率53.3%,顯示此反應甚至可達到負碳排。

利用麵包蟲腸道菌降解聚丙烯並探討其優化策略

塑膠對環境危害甚深,雖已有研究證實部分昆蟲可降解塑膠類的聚苯乙烯(PS),但關於聚丙烯(PP)的生物降解研究很少,也沒有進一步透過腸道菌相分析,鑑定出負責降解的菌種。因此我們希望利用麵包蟲生物降解PP,透過16S rRNA定序分析找出可降解PP的潛力菌種,解決塑膠垃圾對環境造成的傷害。我們的實驗結果顯示,麵包蟲能攝食PP並生長,且加入濕料及利用糞便移植腸道菌相能增加麵包蟲對PP的消耗量,證明麵包蟲能攝食PP與腸道菌相有關。利用次世代基因定序分析腸道菌相,麵包蟲攝食PP後腸道菌相有極為顯著的變化,其中腸道菌Pseudomonas stutzeri顯著增多,經實驗證實此菌可降解PP,且在37oC、中性環境的降解效果較佳,一星期約降解3.4 %的PP。我們所使用的方法可快速篩選出能降解PP的菌種。

氣流引入效應及社交距離應用之探討

本研究接續前系列作品結果並聚焦於探討氣流引入的機制。由於溫度最容易測量,因此此份作品環繞於溫度變化的分析。作者首先以初步實驗測量氣流溫度變化並比較現實觀察結果印證實驗的準確性。接著,以進階實驗探討氣體在流動路徑上和在截面上的動向。在路徑上,氣體的總引入百分比(Px)隨氣流水平位移而變化,並在0~5公分符合對數關係及在5~20公分符合線性關係。此外,氣體的單位距離引入百分比(Qx)不隨水平向位移而明顯變化。另外,氣流在截面的分佈情形觀察與現實狀況相符。 最後,透過觀察不同密度氣體和分析實驗結果歸納出氣體的定量分析。而由於實驗發現當口徑為 0.4公分時,氣體釋出達18公分的過程中,初始氣團充分引入外界氣體,使得其性質相當接近周圍環境,若將此模型到用於更多口徑,可以應用於人群密集、空間有限的情形中,使人們能避免暴露於氣體可能觸及的位置,不僅可降低傳染可能性,也可使社交距離較能符合日常生活情境並增加其實用性。

影片情境化字幕實現探討

本研究旨在改善聽障人士無法完整接收影音類型資訊的狀況,探討各種影片處理技術,尋找、嘗試並比較各種方法,整合出最適合的系統自動替影片嵌入情境化字幕——用視覺的方式呈現影片聽覺訊息,讓聽障人士便於理解各種類型的影片內容與資訊。 為此,我們呈現的情境化字幕有主要幾個特點: 1、將聲音對話轉為字幕標記在說話者旁,透過畫面中語句位置就可以了解跟語者的對應關係。 2、畫面中字幕會以漸漸上飄消失的泡泡字幕來呈現,使觀影者有充足時間閱讀字幕理解內容。 3、將環境音效如電話聲、雷聲與貓叫聲等各種能傳達資訊的聽覺訊息標示在畫面中。 藉由這些處理使畫面呈現更豐富的影片資訊,最終達到改善聽障人士資訊接收權益不平等的目標。

液滴爆炸

本研究探討乙醇水溶液液滴於疏水流體表面之分裂現象。此現象可利用揮發造成乙醇之濃度梯度所驅動的表面張力梯度來解釋,又稱為馬倫哥尼現象(Marangoni Effect)。液體為達到最低表面能而改變表面積的普托瑞立不穩定現象(Plateau Rayleigh Instability)也可以做為液滴分裂的解釋之一。 在研究中,研究團隊發現溶液在油面上會隨時間分裂出子液滴,並對於最終子液滴的半徑與分裂現象分別進行定量與定性之探討。本研究於先遣實驗中發現乙醇水溶液濃度之臨界下限為65%~67%重量百分濃度,並以大於(含)此濃度之溶液進行關於乙醇濃度、溶液體積與油層厚度三項參數對於最終子液滴半徑、分裂時間、液滴最大擴散半徑與擴散半徑演變之影響。

通風報「蕈」,「畸」不可失-發展食用菇類之形態變異栽培技術

菇類是真菌界的生物,發育受到各種環境因子的影響,市面上許多人工栽培的「畸形菇」,雖形態變異卻更具價值。我們結合颱風的結構,開發「旋風孵菇器」使栽培標準化,將六種食用菇的基質填裝在不同容器中,以扭蛋菇進行後續測試,並測試出最適發菇溫度;以扭蛋殼半開組控制發菇位置,利用無光和密閉環境使菇類形態變異。我們發現:無光使大多數菇種菇蕾增加,發菇提早,但生長緩慢,且蕈傘變白。通氣程度是菇體畸形的關鍵,應是受CO2濃度的影響,秀珍菇和白雪菇不開傘、藍寶石菇多分枝、玫瑰菇變鹿角狀、柳松菇蕈柄延長,珊瑚菇則是半通風環境下會巨大化;容器形狀不影響形態發育。最後,歸納出多種食用菇盆栽畸形化的栽種方法,供大眾參考。

病毒病毒遠離我

「微飛沫」是新冠病毒傳播途徑,在密集空間風險更高。飛沫受氣流或通風系統影響,我們探討在非流通的空間,使用隔板方法,增加防疫效用,減少病毒傳播。實驗得知:1.微飛沫軌跡追蹤與分析:以噴霧瓶噴發螢光水溶液,模擬飛沫噴散,經紫外燈照射,清晰拍攝噴沫飛行軌跡及殘留情形;以Image J軟體分析計算,量化飛沫殘留量。2.隔板位置:高度45cm時,距離50cm為佳。3.抽氣過濾裝置:隔板下緣加裝抽氣裝置,飛沫朝隔板流動,總殘留量減少50%,以自製第一代微型抽濾裝置可降低30%,並具殺菌及過濾 (可抽換熔噴布或Hepa濾網)效果。4.第二代微型抽濾裝置:改良一代缺失,採抽氣隔板與過濾盒組裝方式,可連接個人過濾盒或多人共用過濾系統,節省空間並具商業價值。