全國中小學科展

臺灣

模組化海綿千層-打造藍海智慧城市的未來之路

本研究為探討一種新式的工法:模組化多層別道路預鑄法來取代舊有生態工法的可行性評估。這項設計不但能縮短路面施工與維修的時間,減少空氣與噪音汙染,更能兼顧儲水、淨水的優點,最終目標為解決台灣各處常見的淹水與缺水兩大問題。 經由實驗發現,這項設計在儲水與透水兩大功能上的確有顯著的效果;採用麥飯石當作儲水層的話,可得到22.2%的儲水率,也能夠兼具快速的透水與41%的淨水效果。 透過積木模擬與3D建模實驗發現,這個工法可以快速建構道路,也能夠預留空間給水、電等管線使用,機構中我們加入上掀式的鎖牙設計,即便未來需要維修管線也不用開挖馬路,更能保有傳統生態工法的眾多優點,在未來應用上深具潛力。

精誠所至金石為開

將n個礦石分成m袋,每袋礦石數分別為a1,a2,……,am個,每一輪調換或不調換順序放入m袋中,放若干輪後使得各袋礦石數相等,那麼最少放幾輪即可使各袋礦石數相等? 首先用窮舉法尋找 n,m 較小的情形,之後將其一般化,得到任意 n 個礦石分成任意m袋後,可以放的輪數,及該輪數下各袋礦石的數量。接著,將情形分為m|n及 m∤n兩種,探討在該情形下任意a1,a2,……,am 最少放幾輪相等,研究後得到至多放幾輪即可相等以及在特定條件下,能找到最少輪數。最後在研究m∤n的過程中,從重複組合的觀點,得到有趣的結論,將n個礦石分成m袋後,放 m/s 輪總共會有幾套。

探討SAP5基因3端非轉譯序列對表現量的影響

AtSAP5是阿拉伯芥中壓力相關蛋白(Stress Associated Protein)的成員之一,其表現與鹽分、乾旱、滲透壓、病毒等壓力相關。已知 SALK053644 突變株的SAP5表現量上升,此突變株的T-DNA嵌入於SAP5的3’UTR,我提出的假設是T-DNA破壞了他原本長3’UTR的NMD特性,造成SAP5的表現量改變。本研究將SAP5的3’UTR引入報導基因GFP中,利用菸草的短暫性表現了解不同3’UTR對於表現量的影響。本研究定序了T-DNA嵌入在SALK053644的位置,研究結果顯示SAP5的3’UTR受到NMD機制調控,而SALK053644的T-DNA上有一個新的SAP5多腺苷酸化位點,使用此位點的mRNA可能不會被NMD機制所降解,進而造成SAP5表現量上升。我提出三種可能的模式來解釋這樣的現象,分別是(1)T-DNA造成SAP5轉錄量上升,(2)T-DNA改變多腺苷酸化位點的使用,(3)T-DNA破壞SAP5 3’UTR後方的NMD特徵,相關的研究發現有助於了解可能影響SAP5基因表現之調控因素,也指出未來的研究方向。

Construction of Brahmagupta n-gons by Chebyshev Polynomials

Brahmagupta n-gons是邊長為整數的圓內接多邊形,其對角線長與面積亦為整數,半徑為有理數。而作者發現參考文獻[2,3]建構的完美多邊形其實就是Brahmagupta n-gons經過適當伸縮後,使得外接圓半徑為整數時的圓內接多邊形。 參考文獻「建構邊長為整數的圓內接多邊形」[2] 與「建構三種以上相異整數邊長的圓內接多邊形」[3]是我2020年的作品,我建構了多類兩種以上相異整數邊長的圓內接多邊形的一般式。因為我的建構方法會使得外接圓半徑很大,故本研究先討論在單位圓上邊長為有理數的圓內接多邊形,再將其適當地伸縮後,即可得邊長為整數的圓內接多邊形。 在n倍角公式的研究方法也由隸美弗定理改成使用柴比雪夫多項式做更深層的刻畫,完整的找出多種相異整數邊長且外接圓半徑與所有對角線長均為整數的圓內接多邊形的一般式。

荒野守護神—多功能行動電源之研究

由於新冠病毒肆虐,大家無法出國,國內登山健行活動盛行,不過也造成山難及染疫的問題,為了解決此問題,我們自製「荒野守護神」。我們編寫程式碼利用雷射遮蔽系統與模組化LED燈、蜂鳴器,進行安全防護。紫外線進行消毒。雷射結合SOS訊號進行求救。運用太陽能蓄電。我們通過實測後發現,AI判斷雷射遮蔽再啟動防衛系統,啟動值較接收值低50以內最靈敏。LED燈閃爍每秒5次,效果較佳。紫外線消毒距離3公分只需27秒即滅菌99.9%。雷射發出SOS訊號,配合雲霧,距離較遠。本裝置總重492公克,使用兩顆電池可連續使用雷射防護30小時,LED燈6小時,紫外線80分鐘,再搭配太陽能蓄電,是個人安全防護最佳神器。

天吶~我用蛋白把湯變清澈了 —蛋白打發的泡沫對食材浮沫的吸附力探討

實驗中蛋白打發最佳的情況,是使用電動打蛋器打發3分鐘綿密的雞蛋蛋白。打發的蛋白加鹽1克水煮後,打發的蛋白體積最大的狀況96.7±5.4ml,而且蛋白加鹽煮起來QQ的不易破掉,所以之後的實驗在打發的蛋白前都加1克的鹽。以下是每種食材產生浮沫的處理方法最佳方式為: 牛肉水煮沸後30秒,加入打發1分鐘的蛋白不攪動。 牛骨加入蛋白時機是在水煮90℃時,加入打發3分鐘的蛋白後不攪動。 豬骨水滾後60秒加入打發3分鐘的蛋白攪動30秒。 蛤蜊水煮沸後馬上加入打發3分鐘的蛋白攪動60秒,可使湯變得更清澈。 蝦頭水煮沸後30秒時加入打發5分鐘的蛋白後不攪動。 魚骨加入打發3分鐘的蛋白後攪動60秒,效果最佳。

壓電-摩擦感測器配合CNN進行步態分析及身分識別

我們設計了一款透過壓電片與摩擦片收集資料的智慧鞋,壓電片嵌入在鞋底,摩擦片安裝在前腳掌,兩者並聯。當人行走時,感測器會被擠壓變形,藉由DAQ(數據採集)收集感測器的電壓輸出,可顯示出正常步行、快走、慢跑和漫步等活動的訊息,利用時變電壓形式的輸出數據,與能夠識別時域信號的CNN深度學習(卷積神經網絡)進行不同類型步態辨識。 實驗結果顯示此方法可以辨檢測這四種步態,其辨識率高達95%。訓練好的CNN可同時辨識個人身份與步態。結果顯示,識別快走時辨識率極高,識別正常步行和漫步時辨識率為90%,識別慢跑時辨識率僅達49%。因此,我們未來預計將提高同時辨識不同受試者與不同步態之辨識率,並透過壓電能量擷取器為藍牙模組供電。

蛋說無妨,殼以實驗—以蛋殼作為反應器合成奈米粒子探討

蛋殼膜為一種常見生物物質,其組織具有多孔性、親疏水性等,可以選擇性吸附特定分子,或作為控制顆粒進出的半透膜。我們先將蛋殼透過雞蛋開孔器製成蛋殼容器,在蛋殼氣室端上挖了一個小孔並不破壞蛋殼膜,製成蛋殼反應器,蛋殼內外各放置不同反應溶液,使內外溶液反應物能隔著蛋殼膜產生交互反應。 我們利用蛋殼反應器去探討多侖試劑和本氏液與葡萄糖的反應,發現相較於兩溶液直接混合接觸反應,利用蛋殼膜分隔的作用可以避免反應太過劇烈,可成功生成較穩定的奈米粒子,而這些奈米粒子據推測極可能是奈米銀和奈米氧化亞銅粒子。我們也探討蛋殼膜離子滲透,分析變化現象。 我們希望蛋殼反應器的研究,未來能運用到蛋膜材料或奈米材料的發展。

適應地形之運輸裝置的行動機構與遠端控制研究

運輸裝置在不同結構設計下,獲以下結論: 一、重心位置影響:電池盒在前方速率穩定,平面折返走時,電池盒前上最快;上下坡折返走,在前下最快。 二、最佳機型:曲柄位置為右下,固定桿9cm、前腿4cm、曲軸6cm、連桿13cm的配置最佳。 三、腳底設計對運輸裝置上下坡:以全止滑比較快,平面腳底比較快,能使運輸裝置走得最快。 四、曲軸長度:運輸裝置之前腳曲軸越長,前腿移動圈圈越大,而後腳移動的步伐越長。 五、後腿支點:運輸裝置後腿位置越高,後腳移動路徑越長。 六、爬坡角度:最佳機型的運輸裝置,能順利地爬上20度的坡度。 七、運輸裝置在不同障礙物下:間距為2.5公分時,速率最快;障礙物高度越高,速率越慢;人工步道之石頭高度>1.5公分時速度變慢。

虎虎生「黑」--虎斑烏賊的成對敵對行為

科學家並無發現虎斑烏賊(Sepia pharaonis)有領域行為,卻有論文顯示過度密集的環境中烏賊會互食、競爭。因此我們在特定空間中的進行實驗,發現烏賊間會出現黑色眼環、眼點或體緣螢光變色的現象,且從影片中可觀察到雙方會頭對頭互繞公轉,形成類似「對峙」狀態。因此我們當烏賊持續出現眼環、眼點或體緣螢光變色及兩者互相環繞時,稱之為「敵對行為」。依符合定義之程度及顏色深淺判斷其表現強弱,發現其中小烏賊的敵對行為普遍表現較強烈,然而捕食成功率卻遠低於大烏賊,可知敵對行為表現強弱與捕食成功率無直接關聯。此外,相較於單獨攝食,若成對烏賊產生敵對行為,會顯著延長攝食時間。