全國中小學科展

臺灣

腸內共生菌對肥胖性骨質疏鬆的影響

骨質疏鬆是現代人面臨的嚴重問題,多項研究顯示腸內共生菌與骨質疏鬆之間有密切關係。本研究主要探討高熱量飲食 (HFD) 小鼠與正常飲食 (CD) 小鼠之身質、骨質與腸內共生菌的差異,並探討造成骨質差異的可能代謝物。結果發現CD小鼠的平均體重顯著提升;分離檢測其糞便中微生物,發現CD小鼠中的腸內有益共生菌的對數值為HFD的1.0 - 4.5倍,HFD小鼠中的肥胖相關菌種則為1.5 - 4.0倍。後續讓HFD小鼠攝取CD小鼠的腸內共生菌,六個月後平均體重相較於原HFD小鼠低1.47g,平均骨小梁密度高0.036 mg/cm3、骨容積高5.27%。後續探討共生菌之代謝物TMA和TMAO,HFD小鼠的TMAO量比CD中的高1倍,並發現p16和p21基因表現量上升;RUNx2和Col1a1表現量降為0.5倍,可能是引起骨質疏鬆的原因,值得進一步研究探討。

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Aduacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。以白線斑蚊為例,單隻雄蚊翅音基頻為906Hz;而單隻雌蚊翅音基頻為484Hz。雄蚊與雌蚊平衡棍長度與翅音基頻顯著相關。真實翅音的誘引百分率結果分別為雄蚊翅音對雌蚊為72.0%;雌蚊翅音對雄蚊為12.0%;交尾後雌蚊的翅音對自身為18.0%。完整模擬翅音的誘引百分率結果分別為雄蚊翅音對雌蚊為74.0%;雌蚊翅音對雄蚊為68.0%;交尾後雌蚊的翅音對自身為60.0%。兩種完整模擬雌蚊翅音對雄蚊及交尾後雌蚊,誘引百分率經統計,皆顯著高於兩種雌蚊真實翅音。綜合上述結果,透過模擬雌雄蚊翅音聲譜有助於誘引蚊蟲,研發物理性誘蚊產品。

從篩選植物澱粉與顆粒製程改質到手術防沾黏之效用評估與材料檢測

近年有許多研究開發粉末顆粒的防沾黏材料,在手術中可以輕易地噴灑在傷口附近達到防沾黏的目的。本研究首先篩選天然植物澱粉,探討並比較不同澱粉作為防沾黏材料的合適性,其次,在顆粒改質的乳化法中採用不同離子來製成防沾黏澱粉,並比較材料特性,包含粉末顆粒大小形貌、吸水效率、黏度。我們比較市場上多種食用性澱粉,乙醯化磷酸二澱粉具有最高約的吸水效率598%。在此研究中我們以乳化法將界面活性劑接枝在澱粉顆粒的表面來增加材料的親水性,並在乳化法中添加不同的離子化合物,結果顯示氯化鈉(NaCl)改質的乙醯化磷酸二澱粉,其吸水效率可進一步提升到1328.3 %,使用氯化鉀(KCl)改質的澱粉為1131.6%,而使用氯化鈣(CaCl2)則是1096.9%。實驗結果與討論顯示越高的吸水率有越好的抗沾黏效果。

以仿生袋鼠進行跳躍研究並應用於外骨骼

此研究選擇以袋鼠為仿生對象,希望應用袋鼠高速移動的特點,製作仿生動物,並觀測其跳耀動作,提升動作的流暢度。 首先對澳洲袋鼠在跳躍時的動作,進行動態分析,取得跳躍時其最佳腿部彎曲動作。經歷二次的外觀與整體結構更改,以及數十次的細微尺寸與外觀修飾的調整,完成了此次使用的仿生袋鼠。 此仿生袋鼠使用18公分長的小腿為基準,設計跳躍動作影響便因。首先更改個部位的馬達扭力進行跳躍距離和高度的紀錄,測驗出距離最遠,高度最高的數據,並依同樣的變因條件,進行腿部長度的變更,同樣求得最佳數據再進行下一實驗,以此求得在各變因下最佳的條件。 本研究包含生物觀察、機械繪圖、動作分析,而希望此實驗數據在未來能應用於跳躍型的外骨骼。

GAN圖像生成模型之畫質與效能強化

近年來,名為生成對抗網路的非監督式學習方法蓬勃發展,透過使產生假資料的生成器與辨別資料真偽的辨別器互相學習,只要提供資料集便可學習其特徵而生成出能以假亂真的資料。本研究提出一套針對現有生成圖像的生成對抗網路模型的改良方法,透過進行實驗探討不同變因對生成品質與效率的影響,調整原有的優化器設置、卷積層參數、模型架構等,並以客觀指標評估實驗結果,證實經過本研究提出的方法改良有更好的效果。另外改進的方式應用在各種資料集訓練的模型及更高解析度的模型,數據表明也有不錯的成果。而本研究希望能提供更明確的模型改進方向給研究人員,並減少嘗試改良模型所花費的時間與能源成本,以此減少訓練龐大的模型所造成的環境影響。

嚴陣以待:詐騙情境與年齡之探究

當代社會被詐案例與金額屢創新高,儼然是當代社會必須重視的犯罪手法。本研究編製常見詐騙手法具體情境,經線上問卷施測回收數據,進行因素分析與迴歸分析。發現人際關係與情感相關詐騙議題的吸引力會隨著年紀增加而逐漸降低;而財富、名聲累積相關詐騙議題則隨年紀漸長,被吸引的可能性增加;工作與競爭相關詐騙議題和年齡的關係,則呈現兩個趨勢,年紀較輕的區間,對這類議題受關注的程度隨年紀增加;但年紀較長的區間,受關注的程度則隨年紀降低。無法統一歸類的詐騙議題和年齡間並沒有顯著的關係,可能因為影響是否關心這些議題的特質都與年齡無關。本研究整理出不同人生階段可能較為關注的詐騙類型,期對詐騙防治宣導等實際措施有所啟發。

革凡登聖-臺灣地區登革熱好發與太平洋聖嬰現象之天氣因子變動關聯探討

2023至2024年臺灣登革熱病例激增,國際研究指出太平洋區聖嬰現象指數(ONI與SOI)與登革熱病例數具正相關,推測聖嬰影響氣溫及雨量,增加登革熱病媒蚊傳播。故分析臺灣登革熱病例數與聖嬰指數相關性,顯示ONI值8月至2月關聯性高,兩病媒蚊均具傳播貢獻,且主要病源為南部。 登革熱病例數與聖嬰期間天氣因子關聯,則以8-10月ONI值1.7~1.9;8、9月均溫28~30℃; 10月雨量0~50mm為登革熱爆發最多的範圍。數據呈現ONI上升1.0南部1月氣溫可上升0.28℃,表明若聖嬰持續跨年,如2023-2024,可使冬季溫度激升,病媒蚊持續生長,造成病例數激增,故政府更需重視聖嬰年冬季登革熱防治。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以(1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH 6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400 mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300 mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

水中的奇妙力量探秘—沃辛頓射流

我們以實驗室容易取得的重物與乒乓球模擬網路上跳水彈射手中球體的沃辛頓射流實驗。結果發現圓形的類天然海棉因為具有吸水迅速、可以平穩入水的優點,因此選擇以此為托球的載體進行實驗。依據我們的實驗結果,至少需要15公分水深才能形成完整的射流彈射出乒乓球,原則上在下落軌跡完全垂直於水面時,落下高度越高,球體彈射高度越高,實際實驗水深15公分以上時,落下高度50公分彈射高度約可達47公分,但結果受限於托球的海綿在落下高度40公分後下落軌跡不穩定,若期望更高的射流強度需要尋找更穩定下落的載體。

賠錢+賠錢=賺錢?探討帕隆多悖論的成立條件及在多賽局中發生的可能性

本研究旨在探討「帕隆多悖論」,將兩個容易賠錢的賽局遊戲A與B遊戲合在一起進行,卻能變成容易賺錢的賽局(遊戲C),這是違反常人直覺的現象,因此我們想探究其中的機制、原因和成立條件。 我們以「執行遊戲A和B之特殊組合」、「執行遊戲A和B之機率」和「遊戲A和B的賺錢機率」為實驗變項,應用Excel和Scratch模擬各情況之期望值,來探討帕隆多悖論成立的條件。最後,將研究發現結合專家訪談,找出在市場機制中的實際案例。 發現遊戲執行組合的影響最為關鍵,而且在執行遊戲A的機率為41%時會有最高的期望值。最後,我們找出帕隆多悖論在三種以上賽局成立的情形與必要條件,也歸納出各變項對於獲利影響程度 差異 及賺錢的關鍵週期 。