全國中小學科展

臺灣

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究 The Study of optical properties and stress analyzing of flexible diffraction grating

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中。然而,傳統光柵彈性較差且硬度較高,限制了其應用範圍。本研究利用具有高彈性和易形變特性的 PDMS 作為柔性光柵的材料,對不同厚度和彎曲程度的光柵進行一系列測試。為了探討厚度和彎曲曲率對繞射效果的影響,進行了不同厚度柔性光柵的繞射點分析實驗。實驗結果顯示,增加柔性光柵的厚度會提升其彎曲時第一亮紋的變化率;相反,減少厚度則會降低該變化率。隨後的研究進一步探討不同施力方式是否會影響柔性光柵的分光效果。通過拉伸和壓縮光柵,發現拉伸會使光柵的軌距變大,而壓縮則會使軌距變小。此外,研究還探討了利用 PDMS 複製類似光柵的結構是否具有分光效果。實驗結果顯示,複製的指紋確實展現了類似特性,期望未來能夠將這些特性實際應用於相關領域。

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,仰賴優勢物種支撐。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。貓兒菊已入侵成為優勢物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。

芋頭生物塑膠材質的熱水即溶包研製

2023年聯合國氣候變遷大會(COP28)決議 2050年淘汰化石燃料。2022年聯合國環境大會制定從源頭減少塑膠垃圾的公約。為了回應這些全球目標,本研究利用廢棄芋頭皮的黏性製作生物塑膠,用於泡麵內調味料的熱水即溶包。常溫下為調味料包裝袋,熱水沖泡後即可溶解,成為富含營養的食材。 我們發現有八種配方能夠成功使其成形。其中,成本最低的配方為芋頭:明膠:小燭樹蠟:甘油:水=20:15:9:9:70。該產品在76°C以上的熱水中能夠溶解,第一次裂解時間為8秒鐘以內,之後會完全溶解。該裂解時間y(s)與溫度x(°C)的關係為:y=9.53×10¹¹x⁻⁵.⁹⁸。這使其適合用於泡麵時的熱水溫度,約 80°C以上。 物理性質包括:拉伸強度為0.70kgf/15mm,伸長率為20.4%,密度為1.11 g/cm³,含水率為20.3%。所有配方成分皆可食用,並可溶解於熱水中,適合作為泡麵調味料塑膠包的替代品,有助於減少農產廢棄物的處理量。

沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設節能效率研究:以Minecraft為例

本研究以 Minecraft 為例,探討沙盒類遊戲式學習平台系統伺服器架設的節能效率,旨在透過動態調整伺服器數量降低總CPU使用率,提升伺服器的管理效能和能源使用效率。隨著線上遊戲的普及,伺服器的營運管理變得越來越複雜,如何在滿足玩家需求並同時降低能源消耗成為一個重要議題。本研究將分析伺服器資源使用狀況,特別是在玩家活動量高低波動的情境下,透過管理策略的調整,探討其對節能效率的影響。 研究透過實證數據的收集與回歸分析,建立一套可應用於 Minecraft 伺服器的節能動態調整系統,並探討動態調整的具體效率。研究結果發現隨著玩家人數增加,越接近系統負載上限,節能效果會越來越不明顯,以本次研究的伺服器來講玩家人數到達35人以後就無法再減少伺服器數量。

花容失色-鳳凰花的旗瓣為何會先凋零?

鳳凰木的花朵擁有五片花瓣,上方花瓣與其他紅色花瓣不同,是白色底紅色斑點,根據文獻,這片花瓣稱為旗瓣,功能是作為蜜標來吸引傳粉者。研究觀察發現鳳凰花的旗瓣會先捲曲凋零,和蜜標存在的功能互相矛盾,本組推論與環境、授粉有關連。經研究發現,旗瓣凋零與生長環境、花粉及花蜜是否被採集無關,與授粉方式有關。異株授粉導致旗瓣凋零的時間提前;同株異花授粉旗瓣凋零的時間與自然狀態相近;自花授粉、無授粉則導致旗瓣凋零的時間延後。異株授粉對鳳凰花而言是有效且成功的授粉,會導致旗瓣提早凋零,蜜標隱藏,提高其他尚未有效授粉花朵成功授粉的機會,並且產生成熟的種莢。無效的授粉會導致旗瓣凋零時間延後,藉此等待有效的授粉機會。

開發共聚凝膠應用於金屬離子之富集吸附與回收

水凝膠被廣泛應用於生醫材料方面,其特性可用來吸收大量溶劑、生物流體,或是吸附水樣中的物質,其中應用於吸附金屬離子以淨水為最具發展潛力。本計畫將N-異丙基丙烯醯胺與幾丁聚醣反應形成共聚物NIPAAm-g-chitosan水凝膠,此合成水凝膠具有 生物可降解性、溫度敏感性,探討不同嫁接程度之共聚物對金屬離子之吸附效率。目前研究從FTIR確認已成功合成出NIPAAm-g-chitosan水凝膠,且膨潤率可高達約900%。此NC水凝膠比幾丁聚醣更具廣泛的pH溶脹範圍,且在150℃高溫下不會熱裂解,顯示其穩定性佳。對於金屬離子的吸附,NC水凝膠的吸附率皆較幾丁聚醣 為佳,對於鈷離子的吸附率更可高達75%,應用在工業廢水的檢測會是一大效益。

以深度學習進行籃球慣用動作分析

本研究聚焦於籃球員的慣用動作分析,透過深度學習技術開發了一套籃球動作分析系統,旨在準確分析籃球員在籃球運動中的個人動作特徵來進行動作辨識。我們透過自行蒐集籃球動作的影片,並使用MMAction2這個資源庫來進行動作辨識模型的訓練,將訓練好的動作辨識模型用開發慣用動作分析系統。系統流程首先使用滑動視窗(Sliding Window)的機制將即時拍攝的影像變成有序列的連續影像片段,再即時傳送至進攻動作辨識的深度學習模型中,來辨識出連續影像片段中的動作序列屬於何種特定動作,藉此將多個連續影像片段中的動作序列各自轉換為單一動作單元並依次輸出。最終,系統基於前述單一動作資料進行綜合分析,以統計使用者的籃球慣用動作。此分析系統能為籃球愛好者提供清晰的動作偏好資料,具有提升訓練成效的潛力,同時為籃球技術分析與訓練提供了一個精確的數據分析工具。

Insights into the Anti-Inflammatory Effects and Physicochemical Properties of Polysaccharides Extracted from Selected Medicinal Mushrooms

硫磺菇(Laetiporus sulphureus)和桑黃菇(Sanghuangporus sanghuang)是東亞,特別是台灣森林中的兩種真菌。這些真菌的次級代謝物,特別是多醣,具有抗炎和抗癌的生物效應;其地面子實體長期被當地人作為傳統藥物使用。然而,這些藥用特性及其機制尚未充分研究。本研究旨在分析和量化這些真菌多醣的抗炎效果。從硫磺菇中提取硫酸化多醣,從桑黃菇中提取非硫酸化多醣,並使用水和乙醇進行多步純化。隨後,將純化後的產品餵給巨噬細胞進行體外測試以檢查其抗炎性。硫酸化多醣的最佳濃度為150 ppm,能夠最大程度地降低自由基濃度21.6%,且不影響細胞活力。相比之下,桑黃菇的所有多醣濃度均顯示出增強的細胞炎症,顯示其作為藥物無效,因為沒有去除真菌毒素。相比之下,硫磺菇的硫酸化多醣顯示出其藥用潛力,對生物醫學和生物探索領域具有新啟示。

基於LLM的互動式口述影像系統

本研究旨在透過LLM 將影片內容轉為口述影像,探討及比較不同影片處理方式、LLM 對於圖片及影片的敘述,串接成一套自動化的口述影像系統。口述影像原本是為視障者製作的,現在本研究調整系統,讓有需求的一般大眾也能有效、容易及快速的了解影片內容。 本研究中的口述影像系統具有以下特點: (一)利用LLM 擅於處理視覺訊息及自然語言的優勢,將影片分為多張圖片,由LLM分別生成敘述後再整合為影片的整體敘述。 (二)運用LLM 會留存對話紀錄的特性,使用者可在系統中針對疑問與LLM進行問答。 (三)串接不同的 LLM,尋找製作口述影像的最佳組合。 藉由LLM 將影片轉換為口述影像,實現互動式的口述影像服務。除了可以滿足視障者的觀影需求,更重要的是當一般民眾沒有時間觀看影片時,也能透過口述影像系統了解影片內容。

YKT6與癌纖維母細胞的「泌」密關係

本研究以人類肺癌A549細胞株和纖維母細胞模擬體內腫瘤微環境,挖掘纖維母細胞如何促進癌細胞的生長。從病人的正常和癌組織提取癌相關纖維母細胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs) 和 正常纖維母細胞(Normal Fibroblasts, NFs),經過基因序列一對對作分析,開發新的治療策略和潛在的靶點。利用核糖核酸定序(RNA-Seq)分析發現CAFs會比NFs分泌更多SNARE 蛋白 YKT6,而更深入地探究獲悉YKT6會透過活化YKT6+CAFs途徑促進肺癌A549細胞惡化,此惡化過程包括誘導及提升癌細胞的生殖(proliferation),轉移(migration)和入侵(invasion)能力。 此外,在 CAFs 中敲除 YKT6基因,減弱CAFs 的外泌體(exosome)釋放,從而調節了其對肺癌細胞A549的腫瘤促進作用。本研究發現靶向YKT6並抑制外泌體分泌,從而降低CAFs對肺腺癌細胞的腫瘤支援功能可以為肺癌治療提供一種新的策略。