全國中小學科展

臺灣

構造、力學與能耗比較淡水螺的仰泳機制

我們發現扁捲總科的囊螺(Physella acuta)與椎實螺科的台灣椎實螺 (Lymnaea swinhoei)親緣關係稍遠,但卻擁有相似的外型並具有奇特仰泳動作,推測兩者應適應相似環境而演化出相似構造與行為模式。研究顯示,囊螺比起台灣椎實螺擁有較佳的翻身仰泳能力,其螺殼質量不均的特性使其產生比椎實螺大1.7倍的力矩助其翻身仰泳,另外囊螺氣囊有著比椎實螺更大的儲質比助其浮沉調節。漂浮方面,囊螺腹部一半浮於水面所產生的表面張力即可支撐其漂浮,而椎實螺的漂浮仍需氣囊協助,無法單靠表面張力。能量耗損上,仰泳比水中爬行擁有近百倍的節能效益,使兩種螺類皆願意承擔被掠食者發現的風險執行仰泳。未來期待以仿生概念將仰泳的運動模式延伸結合,打造出更節能省電的水中移動設施。

看得見聲音?—以傅立葉轉換應用聲紋辨識及判讀警示音訊息

沒注意到警報聲往往使人錯過黃金逃命時間,對聽障者或聽力衰退的老人而言,更是不容忽視的問題。本研究嘗試編寫辨識說話者程式,先用人聲找出辨識特徵方法,以傅立葉轉換得到音檔頻率,再用兩種方法擷取特徵來辨識說話者,得知不同參數對準確率的影響,進而實際應用於辨識警示音。 本研究錄製資料庫和測試資料音檔,建立說話特徵後,分析測試資料特徵,與每人資料庫特徵做比對,判斷說話者是誰。結果顯示,一個音檔中取出越多頻率為特徵對準確率沒有明顯影響。將音檔切為小段分析,對準確率影響較明顯,且每個小段音檔長0.02秒到0.05秒有最高的準確率。找出合適的變因後,在辨識警示音上準確率達100%,並將以Arduino連接LED與LCD螢幕,讓聽障者看得見聲音。

詭譎多變的離岸流

本研究是探討詭譎多變的離岸流,透過文獻蒐集來理解離岸流的種類與成因,做為現場觀察的對照依據,經實地觀察詢問居民耆老讓我們發現海浪沖擊到海灘時會遇到阻礙物而潰散,大量海水必須回到海裡,因地形因素和後續海浪推擠會沿著與沙灘平行的方向移動~沿岸流,最後匯集成一道或數道的強大水流退回海中,若不去注意其現象,就會增加潛在危險。 為了更進一步了解,離岸流造成原因是否如我們晤談與文獻中所獲知的,我們透過設計模擬不同海岸地形架構物,觀察及驗證不同海岸地形形成的狀態與強弱,預測離岸流發生的路徑及可能行,結果我們觀察到模擬沙灘、沙洲地形所產生的離岸流現象特別明顯,因此前往這樣的海邊潛在危險,要非常注意自身的安全。

探討miR-17-92 透過調控 T 細胞分化影響腎纖維化

我國慢性腎病人口約14%,大多患者會因藥物或免疫疾病而走向腎纖維化。根據文獻,miR-17-92會影響T細胞分化,分化的差異則會造成不同程度的腎纖維化。 本研究取不同基因型小鼠的CD4+T細胞做體外分化。結果顯示含miR-17-92基因較多的T細胞分化成Th1比例較高、Treg比例較少,但對Th17無顯著影響。將小鼠腎纖維化模式處理的細胞進行RT-qPCR和染色實驗,觀察剔除miR-17-92基因的小鼠(簡稱KO)腎纖維化的情形,發現造成腎纖維化的纖維蛋白、膠原蛋白和其mRNA的表現量均減少。將WT和KO小鼠腎臟進行染色後,發現WT小鼠腎中Th1的數量較多,Treg則較少。綜合實驗結果推論,miR-17-92可以增加腎中Th1、降低Treg的數量,而Th1則會加重腎纖維化的情形。期盼本研究能對腎纖維化疾病有所貢獻。

羽毛不見了

本研究旨在觀察和降解禽類羽毛,並使用水解後的有機液肥澆灌植物,以觀察其生長效果。通過顯微鏡觀察和分析,我們發現羽毛在外形特徵、大小、顏色和長短方面存在巨大差異。在實驗中,我們將雞羽毛提供給微生物進行厭氧醱酵分解,結果發現厭氧微生物成功消化了羽毛。在羽毛水解實驗中,我們添加了培養的羽毛分解菌,七天內成功將羽毛水解,同時生成了生質氣體和液肥。我們將羽毛消化液稀釋後澆灌在種植的小蕃茄、白菜、油菜等植物上,實驗結果顯示,使用液肥的農作物生長更加茂盛,產量也更高。其中,白菜的生長增幅最佳,達到了35.4%至46.1%。透過這項研究,我們更深入地了解了禽類羽毛廢棄物在農業上的應用,同時也對環境產生了友善的影響。

運用所學打造節能居家

台灣是個四面環海國家,土地面積為3.6萬平方公里,人口約2千3百萬人,2019 年人口成長率為 0.2%,根據內政部資料得知,人口老化指數,由107年1月106.35,到108年2月113.93%,人口結構觀察,高齡者(65歲以上)比率逐年上升,台灣老人占總人口12.83%,逼近 14%高齡社會。 而老年人的食、衣、住、行,更需我們多花一份心思去關心,其中尤以「行」最為我們關切,根據內政部資料統計及新聞報導,台灣失智人口在 2017年底已超過27萬人,65歲以上老人每13名就有一名失智,衛福部的調查顯示表示,2031 年失智人口將增加到 46 萬人,2061 年將超過85萬人,等於未 來 40年內,台灣平均每40分鐘新增1名患者,每天增加38人罹病,此問題乃是我們關切之重要因素。

鹼稻「ㄎㄧㄤ」? ——探討水稻在鹼性環境下的生長差異與基因表現

氣候變遷導致土壤鹽鹼化,影響作物生長,本研究探討鹼化對水稻的影響,觀察兩種水稻品系在不同 pH 值培養基下,地上、地下部生長數值,及轉錄因子OsGRF1、3、7基因表現差異。結果水稻在 pH 11處理下生長較差,顯示耐鹽的TNG67及鹽敏感的NB水稻在高鹼環境中生長皆被抑制。此外,在 pH 5、7、9及11中兩品系水稻葉綠素含量沒有統計的顯著差異。在基因表現上,TNG67水稻之OsGRF1 mRNA表現量高可能是導致其生長較高的主因,OsGRF3的表現幾乎不受影響,OsGRF7的表現量在兩品系中均在 pH 7時有最大值, 以上結果暗示OsGRF1在 pH 5~9與TNG67地上部生長呈正相關。

雙殼綱潛沙行為之物理機制探討

文蛤與西施舌為台灣西南沿海沙岸常見的潛沙型雙殼綱動物,然殼型瘦長的西施舌潛沙總深度遠大於鈍胖的文蛤,故本研究欲探討兩者殼型是否具導致行為差異之物理特性。透過觀測潛沙行為、受力特性,發現西施舌不僅單次潛沙深度較文蛤大,潛沙時的受力、耗能還小於文蛤。此外,西施舌潛沙時相比文蛤幾乎不轉動,應是受限於較大的單位質量轉動慣量。進一步以模型殼分析後,發現其受力與殼長(L)、殼寬平方(W2)和殼高平方(D2)等參數呈線性正相關,其中W、D直接影響殼體潛沙時的最大截面;L則間接影響殼體在沙面下的外殼弧形。本研究結果可解釋潛沙型雙殼綱動物以特定入沙角度潛沙之行為實具有減少潛沙阻力之物理意義,未來值得應用於鑽研工具之設計。

分割子三角形的內切圓與旁切圓

關於三角形的分割子三角形之內切圓問題,有文獻探討此分割線的長度[4],也有探討內切圓半徑和[5],或內切圓半徑平方和[3]。本研究異於前者,創新探究分割子三角形的內切圓與旁切圓的「半徑長度乘積不變量」、「兩點圓心連線性質」以及「三點圓心連線三角形的面積不變量」。我們依序探討兩個、三個到多個子三角形,先給出內切圓與旁切圓半徑長度乘積與邊長的關係式,接著探討兩點圓心連線的共點及相似形,最後是三點圓心連線三角形面積不變量。值得一提的是,看似不相關的「圓心連線三角形的面積比值」與「半徑長度乘積比值」居然是等價,這是本研究亮點。最後我們完整給出分割為三個子三角形的所有面積不變量的所有組合。

以孔雀魚行為表現探討食物中特定成分對其Tourette Syndrome症狀之影響

透過瞭解妥瑞氏症症狀的發生緣由,並分析目前已被認證「可對症狀造成正面影響」的特定成分,如鎂、維生素B6等。並施以富含該成分之天然食品,觀察其是否能在實驗魚身上造成相同效果。 我們利用孔雀魚的平均尾鰭擺動角度超過25度以上來定義為孔雀魚的類妥瑞氏症症狀,並利用特定藥物來進行其類妥瑞氏症的誘發。 且以含有豐富鎂含量的酪梨與含有豐富維生素B6的蒜頭進行投餵,並測量其影響孔雀魚尾鰭擺動角度的各時間段之度數,且經過分析實驗數據,可總結出此兩項食品具有一定程度可以達到近似妥瑞氏症藥物帶給實驗對象的抑制效果。 並根據實驗結果,來探討是否能以一般食品來緩解妥瑞氏症患者的症狀,甚至降低患者對於藥物的依賴性,進而取代藥物。