全國中小學科展

臺灣

基於對抗性機器學習技術的數位影像浮水印機制之研究

在高度數位化的社會,存在大量的數位影像資料,在不影響視覺品質之前提下如何標記持有者或資料來源是一重要課題,而不可視浮水印機制是可行的解決之道,本研究運用對抗性機器學習技術的概念及深度學習技術研發設計數位影像之浮水印機制,研製偵測器與註冊器。本研究設計研製之偵測器與註冊器可以處理任意大小的影像,經實驗分析具高度的保真性,並具可以承受 JPEG 中度品質(qlt=50)的失真壓縮攻擊,解壓縮還原之已嵌浮水印影像偵測器仍舊可以有效判定具浮水印。本機制可以結合網站、伺服器或影像設備為其提供的數位影像嵌入浮水印,在不影響視覺感官的前提下標記來源或持有者。

石墨烯-銀異質結構的優化與功能開發 The Optimization and Development of Graphene/Ag-doped heterostructure

從家用微波爐到3C產品,皆有微波電磁干擾 (Microwave Electromagnetic Interference, MWEMI)的防蔽設計需求。依據2020年科展競賽作品中的薄層微量雙金屬催化技術可製得 Graphene/Ag-doped異質結構,但該作品未曾研究此材料的防蔽 EMI 能力。本研究優化此技術,成功將銀奈米結構沉積在石墨烯的缺陷及晶界邊緣,相關技術與實驗參數(化學氣相沉積法的加熱溫度、時長和通氣量)已發表於2023年科展競賽作品。本研究進階發現 Graphene/Ag-doped異質結構具高透明度和屏蔽 MWEMI 的能力,單層膜可屏蔽60%之 MWEMI,效能優於文獻上記載的2~3層石墨烯。而依據2023年文獻說明單層奈米碳管 (MWCNTs)異質結構經氟化處理後,可大幅提升 MWEMI 屏蔽效能,因此我們也將 Graphene/Ag-doped材料經由四氟化碳電漿處理,氟化後的屏蔽效能又比單層石墨烯-銀高出15倍,可遮蔽高達99.9%的 MWEMI。

空氣鳳梨毛狀體降低空汙之探討與應用

本研究主要是探討空氣鳳梨葉子作為清淨環境空氣和降低 PM2.5 濃度以及物理性微粒的功能。為了解空氣鳳梨的吸附能力,我們先測量空氣鳳梨的滯塵能力,發現高居室內植物滯塵能力第二名:其次是測量植株能否降低線香微粒濃度,發現其葉片具有減少懸浮微粒的能力,顯示其具有空氣淨化效果;猜測上述能力應與毛狀體結構有關,於是著手測量去毛後的吸附能力,得知毛狀體是影響吸附能力的關鍵。接著我們學習 Image J 操作,進一步了解空氣鳳梨在各部位的吸收能力及運送途徑。透過數位化影像分析,推測微粒的路徑為葉基→葉中→葉尖。最後比較了吸附微粒後的植株與對照組的抗氧化能力,發現實驗組明顯降低,說明微粒會對空氣鳳梨造成氧化壓力並影響生理代謝。

解析水稻新穎轉錄因子調控叢枝菌根菌共生的分子機制

多數陸生植物可與微生物建立互利共生關係,以增強營養鹽的吸收並適應環境。叢枝菌根菌(arbuscular mycorrhizal fungi)已被證實可幫助水稻生長,前人已初步探索背後的調控機制,釐清植物如何透過轉錄因子調控基因表現來建立與菌根菌的共生。台大植物科學研究所一教授與其研究團隊發現一新穎的水稻不確定域轉錄因子 (OsAID1) 可正向調控共生,且其啟動子區域有可被轉錄因子 OsPHR2 結合的 DNA 序列 (P1BS),其中 OsPHR2 已被證實是在缺磷反應和菌根菌共生途徑中均扮演重要角色的轉錄因子,然而 OsAID1 與 OsPHR2 的關係尚未被釐清,另外先前研究發現 AID1 需要未知的交互作用蛋白以開啟轉錄調控,故本研究想探討 OsAID1 與 OsPHR2 間的上下游關係以及能與 AID1 交互作用的蛋白。透過觀察aid1 突變株之共生率推測 OsAID1 為 OsPHR2 的下游,並透過 BiFC 實驗證實 OsAID1 與 OsSLR1 之間有交互作用。此研究提供 OsAID1 在水稻與菌根菌共生中的基因調控更深一步的探索。

布紙薑薑好—布袋蓮複合紙之探討

本研究以布袋蓮作為主要造紙原料,混合野薑花、楮木紙漿,探討布袋蓮複合紙的製作,希望能減少木材的使用並增加布袋蓮的經濟價值。透過造紙過程、紙張性質評估布袋蓮造紙的可行性,比較添加野薑花及楮木紙漿的差異性,並透過自製裝置進行抗張、抗破力、透光度、曝曬後顏色安定性等紙張性質,探討布袋蓮複合紙的應用及價值。 結果發現,布袋蓮複合紙有質感,添加野薑花纖維可提升紙張抗拉及抗破力,添加楮木紙漿可提升吸水、吸油效果。使用漂白劑以二段式漂白,能將布袋蓮紙張漂白,增加文書利用價值。最後,透過專家評估及創作,可作為彩畫、版畫、窗紙、包裝材等多用途應用,幫助破壞環境生態的布袋蓮找到新的利用價值,為環境盡一份心力。

「黍來寶」玉米廢棄物的隔熱與防撞緩衝包材應用

本研究以玉米廢棄物(玉米苞葉與玉米梗芯)為核心,探討其在隔熱與防撞緩衝材料方面的應用潛力,旨在促進資源再利用與環保理念。研究結果顯示,玉米廢棄物製成的隔熱板材優於市售軟木墊,特別是(0.2 ~0.5cm)的玉米梗芯板材及其雙層設計,展現卓越的隔熱性能。而在緩衝材料實驗中,2cm玉米梗芯的防撞效果最佳,優於市售氣泡布及乖乖粒,顯示其作為緩衝材料的可行性。儘管玉米苞葉因結構鬆散而數據值較差,但可透過密度改良將具應用潛力。本研究證實玉米廢棄物可轉化為兼具功能性與環保性的創新材料,未來可進一步發展加工技術,提升商品價值化與市場競爭力。

綠葉薯光─利用番薯葉綠體偵測皮膚受損程度

紫外光會造成皮膚組織結構受損,臨床上常藉由分析皮膚通透性變化評估其損傷程度,但檢測成本相當昂貴。本研究利用葉綠體能滲入受損皮膚內的特性,以伍氏燈之紫外光激發番薯葉葉綠體螢光,研發一套安全又低成本的創新性檢測方法。此研究發現,照射陽光與紫外光美甲燈,都會增加葉綠體穿透表皮的數量,防曬乳能減緩通透情形。人體檢測發現,皮膚對於紫外光的傷害有迅速修復的能力。然而,長期曝曬產生的曬斑部位,通透性明顯高於周邊皮膚,是不可回復的損傷,因此應避免累積性的紫外光傷害。研究成果顯示,我們所提出的檢測方法能有效評估皮膚損傷程度,為臨床上開發簡易皮膚檢測方法提供嶄新概念。

麻糬進化論—自製改良麻糬於口感與消化特性之比較研究

為了研發更有益生理機能且口感接近市售麻糬的改良麻糬,以嫩豆腐、全麥麵粉、菊苣纖維粉,取20%、30%、40%與50%的比例替代部分糯米粉,製作出12種改良麻糬,測量其物理性質,找出最接近市售麻糬的口感,並建立麻糬水解葡萄糖化指標、血糖評估指標進行檢驗,發現:一、50%全麥麵粉麻糬的彈性與展性 、40%全麥麵粉麻糬的延性、20%纖維粉麻糬的黏性最接近市售麻糬;二、豆腐麻糬的熱量可降低最多,適合需減重者。三、市售麻糬在α-澱粉酶中水解最快,但20%纖維粉麻糬最利於吞嚥,適合幼兒或年長者;四 、20%纖維粉麻糬在胃裡最快水解成食糜,適合胃功能不佳者;五、50%全麥麵粉麻糬血糖穩定度最佳,適合需控糖者。

頻率與微電流對小球藻生植力的影響

本研究使用磁場和微電流的刺激,分析不同頻率、特定頻率和不同電流強度的微電流對小球藻生長的影響。研究結果發現: 一、特定頻率微電流(7.8Hz、49Hz、528Hz)比無頻率(0Hz)微電流更具促進效果。 二、無意義頻率微電流(100Hz、200Hz、400Hz、800Hz、999.9Hz)對小球藻的影響可能因培養條件和電流強度而有不同的表現。 三、使用較大培養瓶需要較高電流強度,但太高的電流強度(1600μA和3200μA)反而抑制小球藻生長,顯示電流強度不是越大越好! 本次研究觀察到特殊頻率和微電流對小球藻生長的促進效果,為綠色科技應用提供了新的可能性。未來可繼續探討不同頻率對不同藻種生長的影響,並朝向更大規模培育,以及太陽能微電流頻率產生器的應用設計繼續前進。

「益生」的好閨「蜜」

本研究以蜂蜜對益生菌生長的影響為主題,選擇益生元組成差異較大之龍眼蜜、蕎麥蜜、麥盧卡蜜作為蜜種,並以A菌嗜酸乳桿菌、C菌乾酪乳桿菌、LP植物乳桿菌、LGG 鼠李糖乳桿菌作為益生菌種,透過細胞濃度測定、塗盤培養基等方法估算菌種生長曲線、菌種菌落數,探討不同蜜種對益生菌種繁殖的影響,並模擬胃腸道環境探究不同蜂蜜濃度對益生菌繁殖的影響。 研究結果發現蜂蜜能促進益生菌生長,且不同蜂蜜對不同益生菌的繁殖有差異。蜂蜜能提升益生菌對抗人體胃腸道中的胃酸、膽汁等耐受性。從結果推論,食用益生菌時可搭配蜂蜜一起食用,並在挑選益生菌種改善身體機能時,可選擇對該益生菌繁殖有益的蜂蜜種類一同食用,以提升益生菌的功效。