全國中小學科展

臺灣

Do It Myself-智能棒球訓練系統

「智能棒球訓練系統」是協助棒球初學者自主完成打擊與投球訓練的系統。訪問棒球教練需要哪些輔助訓練工具與文獻探討後,先以九宮格板自動回復元件製作投球準度訓練模組;再改良成輕巧的三宮格板好球帶訓練模組。在靈敏度偵測實驗中發現雷射光加光敏電阻靈敏度高於超音波與雷射測距感測器,以此製作揮棒速度訓練模組,實際使用時發現雷射光與光敏電阻模組在戶外易受陽光干擾,故以各色吸管進行光敏電阻抗陽光干擾實驗,發現6公分以上的黑色吸管可有效降低陽光干擾。最後加入跨步步伐偵測模組以提升投球穩定度。本系統還能透過IoT的功能,讓使用者掌握練習數據。實測後,本系統可提升練習者的揮棒速度以及投球的準度和穩定度。

細胞的社會住宅—開發應用於幹細胞培養具磁分離能力之纖維素微球

幹細胞治療為全球再生醫學趨勢。 微球是一種三維細胞培養的方式,目前最普及的微球Cytodex具價格高、需額外透析膜來分離材料與細胞等缺點,引發我們開發磁性奈米氧化鐵纖維素微球的動機。 藉由共沉澱法合成磁性奈米氧化鐵,再以乳化法將其包覆於羧甲基纖維素微球中,表面透過交聯反應使微球更加穩固。我們嘗試四種變因調控微球製程參數,成功使微球粒徑大小達到與 Cytodex 相近的長邊204.886 µm,且驗證幹細胞能於微球表面生長,並透過磁性分離快速獲得幹細胞。 本研究成果相較於市售微球透析膜方式,方便、環保且低成本。未來可進一步探討微球的光熱性質使細胞脫離微球表面,避免細胞傷害,利用化學材料設計與合成磁性微球放大幹細胞,提供更新穎的細胞培養分離方式。

二氧化碳高選擇性轉化生成合成氣之碳中和工程

近年來碳排放的淨零是全人類所想達成的共同目標,因此本研究透過油浴將鐵、鈷或鎳離子與配位基配位,並形成以2-甲基咪唑為配體的前驅物沸石咪唑骨架,以及以雙氰胺和葡萄糖反應為配體的前驅物類石墨相氮化碳,再鍛燒形成可導電的催化劑。研究者分別以上述兩系列的金屬單分散催化劑,使用氣液分隔的氣體擴散電極進行電解人工光合作用,將CO2高選擇性地還原為CO,並探討各催化劑產CO效率。本研究發現鎳金屬類石墨相氮化碳對CO2還原反應的選擇性極高,能使產CO效率達到99%。而CO作為合成氣已有成熟的工業製程,能生成許多具經濟價值的產物,工業需求量非常大。未來若實際執行,則有助碳中和目標的達成。

切割方程

皮納姆的吃餅精靈是我們偶然間發現的遊戲,此遊戲在正六邊形的棋盤上,兩位玩家輪流取一整排相連的棋,取到最後一個棋的人即獲勝。在正六邊形棋盤下,先手玩家的必勝策略是很明顯的。因此本研究之目標為在等角六邊形棋盤上,對於先手玩家獲勝的策略探討。我們在兩位玩家追求獲勝的前提下,以不同的取棋總步數類型(取棋步數必為奇數步、取棋步數必為偶數步、取棋步數為可奇可偶)來分類盤局中常出現的殘局,進而定義不同的Region Number,並定義AreaNumber來代表盤面上各類殘局數量狀況,結合兩者綜合分析各類殘局數量與取棋步數奇偶性,從而推論出先手玩家掌控取棋步數的奇偶性之策略,找出先手獲勝的方法。

義大利麵之扭力係數與組合構造相關性研究

扭轉與斷裂過程在自然界中無處不在,從不同的剛性材料之耐震特性至飲食中的麵體筋道口感。我們觀察到市售義大利麵標示不同快煮時間,從而研究其麵體之不同組合構造:如細麵所接合而成之雙棍、三角、與四面型麵體,是否導致不同的扭力係數;同時,並自製一套扭力係數測量設備,研究其扭力係數與麵體長度、組合構造之關係,並以玉米纖維(PLA)材料3D列印不同的組合構造之細線,以驗證實驗結果;進而發現扭力係數隨組合數增加而增加,麵體扭力量測與斷裂極限約在總長1/3處,呼應了著名物理學家理查·費曼所觀察義大利麵總在施力下斷裂成三塊之世紀未解之謎。藉由本次實驗模型與分析技術之建立,相信可在未來提供更豐富的力學研究課題與更廣闊的研究前景。

漫遊大腦~五行軟糖之咀嚼大作戰

疫情讓生活型態改變,易有腦霧現象。提供中醫養生心智圖的資料查詢,選出木、火、土、金、水行人相對應的中藥材,運用索氏萃取法提取中藥多醣,再進行苯酚硫酸法測其總含糖量,製成五種五行軟糖。因咀嚼肌活動可刺激腦神經間的突觸增加,掌控記憶、學習與思考。故透過金屬桿架、3D列印、馬達及程序控制器,連接具有Arduino程式化的電子秤,自製「模擬口腔咀嚼之物性測定儀」,進行軟糖咀嚼性之量測。實驗測得皆有多醣及咀嚼性,以金行人提供的薏仁軟糖,薏仁總含糖量為0.655g/g、咀嚼性為759.85gw,得知薏仁多醣及咀嚼性皆較高。依不同體質分別提供「五行軟糖」當養生零食,可活化腦部機能、改善腦霧,活出健康與自信。

具備感測器融合之智慧義肢

中華民國在110年3月的統計數據,神經、肌肉、骨骼之移動相關構造及其功能具有障礙之人口共計35.2萬人,他們都可能有需要義肢的需求。傳統的義肢通常具有外觀、方便性、適應性等的問題,使用上也相對吃力且僅能完成一些基本的肢體動作。在我們的研究中,針對了幾點進行設計:具有革命性的義肢功能、方便且易於使用的介面、輕量且美觀的3D列印義肢。 此研究以「上肢義肢」為出發點,做出讓殘疾人士在使用上,更有自主意識操作的智慧義肢。使用者可以在手機藍牙端收到「手指馬達訊號」、「壓力訊號」與「肌電訊號」等資訊,透過以上這些數據,使用者將可以更明確地感受到義肢就像是自己身體的一部分,讓義肢更具人性化與智慧化。

方形建築師之聯想-探討路徑與面積之關係

本研究旨在探討不同邊長比的方形上,改變路徑出發角度、改變路徑出發的起始點時,路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點次數之關係。首先在方形長:寬=m:n,路徑從方形的左下角出(入)口為起始點,以角度tanθ=1、tanθ=2和tanθ=3之方向出發,討論路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點的次數,進而延伸推論當以角度tanθ=y/x之方向出發時路徑轉彎次數、路徑長度和路徑經過格子點次數的數學關係式,接著在方形長:寬=m:n,從方形左下角出(入)口向右移動1格、向右移動2格為起始點,以角度tanθ=1之方向出發,討論路徑轉彎次數、路徑長度和經過格子點的次數,延伸推論從方形左下角出(入)口向右移動h格為起始點時,路徑轉彎次數、路徑長度和路徑經過格子點次數的數學關係式。

水花的減緩者

本實驗將掉落物稱為擬便,入水後短暫形成的無水空間稱為空腔。 我們發現水花高度和擬便距離水面的高度成高度線性關係,空腔深度和擬便距離水面的高度也成高度線性關係;而固定擬便距離水面的高度,當水深不同時,水花高度變化不一定和水深正相關。 其次,擬便的密度、先接觸水面端的面積、形狀、突起排列對水花高度的影響並無明確的規律性。 而在改變水溶液性質下,我們發現: 1. 當水面有一層介質時,都會降低水花高度,但水花高度卻和空腔深度呈現負相關。 2. 使用鹽、糖改變水溶液密度時,水花高度、空腔深度隨密度改變情形,兩種溶液並不相同。 3. 改變水溶液黏稠度時,洗碗精對水花的降低效果較果糖好。 4. 水面上有泡沫均能有效降低水花高度。

「蚊」所遁形 - - 病媒蚊即時通報系統

從問卷調查,發現多數人不知如何辨別病媒蚊,且很需要能即時觀測與通報的機制。本研究在校園蚊蟲常聚地點分別放置自製捕蚊瓶,其中發現地下室能捕捉較多蚊子,推測可能是較不通風,CO2濃度高。伴隨二氧化碳引蚊裝置實驗中,也證實CO2較高或藍光燈端確實能吸引較多蚊子,依據這兩個實驗觀察,我們的機構設計以CO2誘蚊裝置,結合人工智慧對病媒蚊進行分類辨識,將自行拍攝、網路搜尋和國衛院提供之病媒蚊照片建立資料庫,依“截留確認法”驗證模型辨識成效,若分類效果不佳,刪除模糊不清的資料,再重新訓練模型。最後利用物聯網技術準確且迅速地傳送到相關單位並記錄環境資料。另外製作智能手錶,可隨時進行遠端監控病媒蚊數量,以利後續處置。