全國中小學科展

臺灣

利用機器學習分析音樂情緒與機器人實作應用

為消除播放清單中特定使用者所討厭的音樂類型,本研究結合音樂分析和自動播放器功能,利用深度學習技術分析音樂,將擁有類似情緒的音樂分為同一類。讓使用者自由選擇類別,提高播放清單的類別相似性和使用體驗。實作上使用Discord Bot呈現,其最大優勢是可提供多人多伺服器同時使用,且操作方便。儘管MobileNet的預測結果有待提高,但對使用者而言已不成問題,期望未來能夠進一步改進以提供更好的體驗。

磁入電出–手擺發電應用在緊急充電效能之探討

本實驗主要透過手擺發電裝置探討影響發電效能因素並應用在跑步擺動警示及緊急充電,達到綠能發電、安全防護、緊急求救等功能。 研究中,我們根據線圈、磁鐵、擺動速度等變因進行影響手擺發電的探討,並以三用電表及自製裝置:纏繞裝置、磁力檢測裝置進行檢測。根據實驗,我們發現,線圈纏繞匝數較多,發電功率提升;線徑越細電阻越高;線圈寬度越窄、線圈截面積越大、磁場強度越強、擺動速度越快皆會增加發電功率。我們依據影響發電因素,配合使用條件:體積、長度、重量、擺動方式,製作出跑步擺動發光警示裝置提供夜跑者安全保護,最後經過效能提升及整流穩壓後,成功製作出手機緊急充電裝置。

Studies of spatial self-phase modulation of the laser beam passing through the olive oil

橄欖油含有葉綠素a,葉綠素b,和胡蘿蔔素等高熱吸收率的物質;高斯光束照射橄欖油時,橄欖油吸收的熱量,使橄欖油產生溫度梯度和折射率梯度,並產生熱透鏡(Thermal lens)和自調相(Self-phase modulation)現象。 以雷射光照射盛橄欖油水平置放的方型盒時,中央軸的照度最大,橄欖油的溫度最高,折射率和密度最小。由於對流作用的影響,使得光束照射到的橄欖油的上半部折射率梯度小於下半部;光束通過橄欖油後,在屏幕上出現的繞射圖樣呈現上半部的亮帶半徑小於下半部。 將橄欖油改置圓柱筒中,雷射光由上向下照射,可以消除熱對流現象。用不同功率的雷射,照射不同液柱高度,和不同熱吸收率的橄欖油;探討功率、液柱高度、和熱吸收率對:繞射亮帶最大半徑、繞射亮帶半徑隨時間的變化、和亮帶數目的影響。

橫行「壩」道-丁壩與挑流之關係探究

本研究在探討丁壩長度和高度差異產生的挑流現象,研究結果發現,丁壩的長度越長、高度越高會對河道彎道 攻擊面產生更好的保護效果,也會對非攻擊面造成更大影響,另外,我們也發現當丁壩的長度小於、等於或大於河道三分之一,會對攻擊面及非攻擊面產生不同的作用;落差工丁壩高度差距越大,對攻擊面保護效果愈顯著;反之,落差工丁壩高度差距越小,對攻擊面的保護效果越不明顯。我們還發現丁壩產生的挑流現象,會導致河流中的某些位置水流湍急及形成水位落差,因此我們在此處設置微水力發電裝置,不僅可以產生電力,提供河道旁的路燈用電,還可以有效的重複利用水資源,達到淨零碳排的永續發展目標。

PMCA 技術在漸凍症(ALS)致病蛋白TDP-43 纖維之高靈敏度偵測開發及應用

TDP-43是漸凍症(ALS)以及額顳葉失智症(FTLD)等神經退化性疾病的致病蛋白,在患者腦內會有不正常的類澱粉蛋白TDP-43錯誤折疊而產生蛋白質堆積,而不同堆積階段依序為單體(monomer)、多倍體(oligomer)、纖維(fiber)。其中纖維為許多神經退行性疾病的病理標誌,且相較於已有的 TDP-43 oligomer 單株抗體(Yu-Sheng Fang et al.(2014)),目前沒有對於 TDP-43 纖維抗體的研究,因此本實驗利用單株抗體技術所製造出對應TDP-43纖維的不同抗體進行純化及濃縮,找出對TDP-43 fiber專一性最高、結合效率及結合率皆最好抗體,以作為能夠檢測漸凍症患者血液中TDP-43 fiber的生物標誌(Biomarker)。 同時為了增加偵測的靈敏度,本實驗成功創新利用PMCA ( protein misfolding cyclic amplification) 技術快速放大纖維的數量以提高檢測準確度,搭配高專一性、高結合效率的編號3-2自製抗體作為Biomarker,只需五個小時便可以將極少量纖維的訊號約提高至原先的17倍,具有極高的靈敏性可以準確辨認出有無TDP-43纖維的樣本差別。

魚類在面對酸逆境下醣類的代謝差異

溫室氣體產生造成環境變遷,使得水質酸化,進而影響生態系統。生存在水中的魚類,為了適應水質的酸化,他們的生理上必定有一些變化。為了找出魚類適應酸化環境所做出的改變,我們選擇以斑馬魚及青鱂魚做為實驗動物以研究水質酸化對於其代謝之影響,分析其中與能量代謝及合成相關的器官,包含消耗大量能量的以維持酸鹼平衡的鰓、能量供應相關的肝臟和肌肉。綜合即時聚合酶連鎖反應及免疫螢光染色的結果,我們發現斑馬魚在面對酸性環境下時醣類代謝的情形是有改變的,肝臟內肝醣分解及糖質新生的效率提升,且鰓部位醣類代謝效率提升,推測是運送葡萄糖給鰓部位進行排酸代謝,其鰓部位細胞內的酵素也因此出現了細胞分工的現象。而青鱂魚在面對酸性環境下時,透過肝醣分解提供更多的葡萄糖進行糖解作用,同時抑制了糖質新生反應效率,推測其演化出了高效率的排酸方法。相較於斑馬魚,青鱂魚醣類代謝不會產生過多的能量,也意味著青鱂魚能量使用效率有提升。

液滴懸浮於移動表面現象之探討

液體無固定形狀且往下流。我們偶然得知液滴能在移動表面上維持球型並懸浮數分鐘[1],故設計實驗探討物理機制。設計出能高速旋轉且維持穩定的滾筒,是首要克服的關鍵;而為了解液滴轉動行為,我們學會操作粒子圖像測速法。此研究控制參數包括滾筒轉速、液滴半徑及種類,除了指出過去文獻未討論的重要細節,並嘗試建立解釋此運動行為的物理模型及推導方程式,得到簡單的解析解和物理圖像。 實驗上,相較在靜止液面只懸浮0.27秒,矽油滴在穩定移動表面可懸浮數分鐘,此可用文獻[2, 3]中的「空氣墊現象」解釋。移動表面上穩定懸浮的液滴,傾斜角θ與滾筒切線速度v及液滴半徑r的-2次方呈正比,實驗數據與我們的預測皆相符。液體種類影響懸浮的最低轉速,液滴受的交互作用力也因液體種類而異。未來將分析液滴晃動程度、可保持懸浮的速度區間與液滴半徑之關係。

邊權與零的親密關係

在圖論中,以G=(V,E)表示一個圖,其中G的頂點集合記作V(G)、邊集合記作E(G)。令k是一個正整數,若能在G的每個邊上各給一個非零整數{±1,±2,±3,...,±(k−1)}的標號,且每個頂點所連出的邊標號總和為0,則稱圖G有零和k流,當k有最小值時,稱k為圖G的零和基數,記作F(G)。 零和流(zero-sum flow)是由無零流(nowhere-zero flow)演化而來的問題,亦是一種邊上加權的問題。在2009年S. Akbari等人提出零和流猜想,猜測所有滿足零和的圖其零和基數皆不大於6。 在本作品,我們設計雙色標籤與圖形變換的方法,成功刻劃出尤拉圖(每個頂點都連出偶數個邊的連通圖)零和基數為3的充要條件,並將其變換的技巧與結果,應用於判斷其它圖形的零和基數。

探討I類與II類的HDAC基因調節細胞週期之互補功能

組蛋白脫乙醯基酶 (HDAC) 會調節染色體結構,提升基因表現。除了調控基因表現以外,HDAC基因家族中的 I 類已知有調節細胞週期的功能,但 II 類調節細胞週期之研究甚少。而癌症臨床用藥HDAC抑制劑會同時阻斷 I 和 II 類之功能而產生副作用。因此本研究以釀酒酵母為對象,分析 I 類的RPD3、 II 類的HDA1基因對細胞週期之影響,以及HDAC基因剔除菌株在面臨DNA複製壓力時的變化。結果顯示同時失去 RPD3 、HDA1 基因的菌株 S 期檢查點功能損壞、細胞滯留於 G2/M 期,且在DNA複製壓力環境下死亡。爲釐清此菌株死亡的原因,實驗剔除在S期和G2/M期皆具調節功能的 MAD2 基因。得知 HDAC 基因和 MAD2 在S期的DNA複製起步期分別調控不同路徑;在DNA複製衝刺期則調控同一路徑。也發現RPD3 基因在維持細胞S期檢查點正常作用扮演較重之角色,而 HDA1 則扮輔助的功能。

〝催〞燦晶亮 --- 活性酵母微米晶球的設計

本實驗考慮藥物吞入時極為苦口,但如果利用類似膠囊的原理,更精進將晶球「微米化、可配水喝入、可有效消化、可於胃中緩慢釋出」等功能,進行實驗(以海藻酸鈉濃度、噴入高度、界面活性劑、內含物含量為變因)等,希望在未來生活中,可以利用兩個寶特瓶,將海藻酸鈉加感冒藥物和氯化鈣進行固化作用產生晶球,且利用超音波霧化器將晶球製成微米級,在家感冒時進行DIY製作,並配水喝入,就不會有『苦』的感覺,達到『良藥可口』的效果。