全國中小學科展

臺灣

群蛇亂舞之翻天覆地

我們研究的問題源自於〝棋盤上的蛇〞(Snakes on a chessboard) ,是由教授Richard Stanley所提出。問題如下:在 棋盤形格子上,蛇由任意一格出發,但蛇的走法只能往右→,往上↑,或停住。若此蛇已停住,將由另一條蛇來走,且不同蛇走過的格子不可重疊。證明:將 棋盤形格子完全覆蓋的總方法數為費氏(Fibonacci)數列某些項的乘積。 我們以〝生成格〞概念來解決問題,藉由生成格建立二維棋盤形格子〝蛇填充數〞與費氏關係,並試圖拓展三維空間棋盤情形,在過程中發現藉由〝生成矩陣〞可以組成空間棋盤的〝生成格〞,並以此解決p×q×r的空間棋盤問題。 2022年9月,在網站The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences上發現由教授 Greg Dresden及其學生Aarnav Gogri提出的數列,與我們2022年3月於高雄市發表的科展作品中的一組數列完全對應,甚而對此數列的原問題Tiling a Hexagonal Strip with Triangles and Diamonds,我們的作品還能做進一步延伸探討。

壓力山大~探討神秘的壓電效應

能源一直是台灣大問題,團隊希望讓生活中被浪費的能量轉換成可用的資源。 從各種壓電效應發電的方法開始進行研究,查詢文獻,我們突破困難,設計了穩定的發電壓電效應測試器,發現壓電片越多數據越大,發電效應也越好,敲擊下的壓電片很容易受損,找到最適合的保護膜,因為實驗才發現壓電片是交流電,必須透過橋式整流器轉變成直流電,並儲存到電容內,才可以較容易地應用在生活中,為了善用實驗成果,我們也測試不同組合方式,最終讓壓電片發電效應倍數增加,更發現正反排放的效應尤其驚人,團隊將會朝向老人生活或實際應用,做出可運動也可發光的裝置。 研究團隊研究壓電片發電,製作出低成本、有效應且最能儲存電量發電組,作品仍在繼續研發中……

臺灣北端PM 2.5來源分析與季節比對

本研究以具空間梯度的臺灣周邊離島測站實測數據及衛星氣膠光學深度時空變化及相關性推斷東亞境外氣膠對臺灣北端PM 2.5濃度的影響。我們選取鄰近中國的金門與馬祖、中等距離的馬公及臺灣北部(富貴角、基隆)、遠離大陸的日本離島(石垣、那霸)共七站,分析2015-2021年東北季風盛行冬春季與西南季風盛行夏季的資料。結果顯示各測站冬春季PM 2.5濃度均較夏季高2-3倍並由西向東下降,冬春季相關性均較夏季高;針對高濃度事件,氣膠光學深度顯現冬春季高PM 2.5傳輸和各站測值在時空上緊密連結,由西向東下降;冬春季當地汙染極低的馬公平均濃度與臺灣北端兩站數值一致但夏季顯著較低,顯示季節性境外汙染對馬公和富貴角、基隆影響程度的一致及重要性。以上結果均支持東亞境外氣膠傳輸為臺灣北端冬春季PM 2.5主要來源。

可食用塗層對帥哥番茄保鮮之研究

本研究以玄米油和蜂蠟不同比例混合成可食用塗層,再以自製實驗工具塗抹平均每顆0.2g塗層於番茄表皮,置於室溫21~25℃環境中,15天後探討塗層對帥哥番茄的保鮮效果,以減重率、pH值、糖度、呼吸速率、濕度變化、色彩空間Value值、維他命C值、感官評估八個向度為研究項目,可以發現: 一、在減重率、pH值和糖度,實驗組表現優於對照組。 二、油蠟比5:1在呼吸速率、色彩空間Value值、維生素C值方面,表現較佳。 三、在濕度變化上,對照組表現最好。 四、在感官評估上,消費者對油蠟比2:1 和4:1的番茄接受度較高。 因此使用自製實驗工具塗抹油蠟有助於延長帥哥番茄放置於室溫保鮮之時效,且透過感官品質評估調查,調整過的油蠟塗層,消費者的接受度有提升。

馬賽克強化—抵抗人臉馬賽克還原模型

近年來,AI技術逐漸成熟,現今已有能夠還原馬賽克之 AI模型問世,因此進行馬賽克處理之圖片並不絕對能保證隱私的安全。為此本研究提出一套針對人臉馬賽克還原模型PULSE的馬賽克強化方法,透過設計實驗探討不同變因對 PULSE還原圖像之影響,並以客觀指標評估實驗結果。實驗結果證實經過此方法處理過之圖片能獲得比 PULSE原始預測更低的相似度,最後歸納出一套馬賽克方法,此方法能使16×16和32×32解析度馬賽克獲得相對較低之相似度。本研究之成果能應用於新聞媒體及訪談節目中,對需要保護之人臉進行強化之馬賽克,用以增加對人臉隱私之保證。

哇嗚!!原來聲波真的可以滅火耶

本研究旨在改善火災應對技術,探討聲波滅火器的設計與優化。利用COMSOL Multiphysics軟體模擬聲波的物理特性,並透過實驗驗證模擬結果。結合程式設計驅動功放單體,測試多種頻率與角度的變化,深入探討聲壓頻譜、聲強、聲功率等物理特性。研究過程中發現,Q值是影響滅火頻率的關鍵因素,70Hz為最穩定有效的頻率,聲壓、聲強、聲功率的量測數據均再次證實此為最佳滅火頻率的推論。 這一創新發現為聲波滅火器設計和優化提供了新科學依據,相較於過去的錯誤嘗試法,我們通過專業軟體模擬並實驗驗證,再次驗證了Q值在滅火頻率中的關鍵作用的推論。未來將進一步探討聲波對火焰燃燒機制的影響,結合MLX90640紅外線熱顯影技術,以科學方法深入研究。

Danio的健康食品-探討樹葡萄的抗氧化力與對斑馬魚胚胎的影響

本實驗探討樹葡萄各部位超音波水萃液的抗氧化成分、抗氧化力,並試驗其對模式生物斑馬魚毛細胞的保護力。化學檢定結果顯示,樹葡萄中抗氧化成分之總多酚含量前三名的部位為種子、葉和花,總類黃酮含量前三名則為種子、花和樹皮;此外,無論是抗氧化能力測定之A B T S 陽離子的清除率,或是 D P P H 自由基清除能力實驗,各部位的清除率都接近100 %,證實樹葡萄各部分都含有很高的抗氧化成分、抗自由基能力。另一方面,我們使用基因改造的斑馬魚胚胎進行生物檢定,因其具有會發螢光的毛細胞,可觀察樹葡萄水萃液是否可減緩生物細胞的氧化毒性,結果顯示青果、熟果和葉的水萃液對斑馬魚胚胎皆無毒性,且對其毛細胞具有明顯的保護作用。

高山生態群聚植物集中開花與昆蟲交互作用網絡之研究

本研究首度以植物學、花粉學、昆蟲學及生態統計學探討臺灣高山傳粉生態網絡。花季中期以蜂類為主,後期為蠅類。昆蟲及植物交互網絡緊密連結無子群體,仰賴關鍵物種支撐。蜂期為高山薔薇、玉山櫻草、貓兒菊、信義雄蜂;蠅期為一枝黃花、貓兒菊、家蠅。此兩期昆蟲與植物的穩健性不足,蠅期更易崩解。蜂類訪花具多樣性,蠅類訪花較專一。因蜂類、蠅類習性與身體特徵不相同,蠅類對花展幅 (Visit Unit)大、花冠筒淺、花冠筒筒徑小、還原糖含量高、花粉及花蜜之間的距離大、柱頭面積小的植物較能專一攜帶其花粉。共用傳粉者帶來異種花粉,以GLMM分析同異種花粉數量變化關係,發現一起開花略助於授粉。貓兒菊已入侵成為關鍵物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。

雀屏中選 — 母孔雀魚的交配偏好

本研究主要了解(一)人工培育孔雀魚交配偏好、(二)人工培育孔雀魚與野生孔雀魚的交配偏好是否有所不同。透過觀察母魚選擇不同體色或不同熟悉程度的公魚,了解母魚的交配偏好。有以下幾點重要發現(1)對於各種不同體色的母魚而言,牠們沒有偏好特定體色的公魚;(2)在熟悉彼此體色的個體間,母魚偏好與自身體色相同的公魚;(3)熟悉度對母魚的交配偏好有顯著的影響,不同體色的母魚有相似的偏好,不熟悉的公魚最受偏愛,其次是熟悉的稀有公魚,熟悉的常見公魚最不受青睞;(4)人工培育母魚交配偏好比野生母魚更為強烈,暗示有較強的性擇作用(5)人工培育的母魚會偏好較鮮艷的人工培育公魚,而野生的母魚沒有較偏好人工培育或野生公魚。

雷射光通過透明溶液產生繞射的研究

雷射光的強度從中央軸往邊緣遞減,當雷射光束照射到透明且會吸熱的溶液時,溶液吸收的熱能使溶液形成溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。同時抵達溶液界面的光線通過溶液後在出口處有相位差,光線互相干涉,在屏幕上出現繞射圖樣。 本實驗採用水、乙醇和葵花油當溶劑;過錳酸鉀、甜菜根紅素、螢光素、和酪梨油等高衰減係數物質當溶質,用起偏器改變雷射光的功率;探討雷射光通過溶液產生繞射圖樣的暗紋數目以及最大半徑的差異。雷射光的功率、溶液的吸光率、熱光係數、折射率變化,溫度變化、和熱導率為主要的探究變因。 利用簡易的器材,不但可以研究雷射光通過透明溶液產生繞射的現象,還可以應用到藥品純度的檢測,以及食用油摻雜量的檢驗。