全國中小學科展

臺灣

波中「針」意-電阻測量法應用於水波傳遞的探討

傳統水波干涉現象一般使用光學方法進行觀測,本實驗透過自製研發水波的電阻測量儀進行水波波速測量、水波干涉的波群現象及水波峰值衰減模式探討。水波週期差約10ms以下時,水波干涉使水位電阻產生波群現象,波群週期約為3.5秒。GGB模擬結果,波長差會影響波群的形成。振幅變化不會直接影響波群出現,波長差越大或太小,波群越不明顯。糖水濃度低於28%,不同波長的糖水波群週期、峰值衰減不隨糖水濃度改變,推測液體衰減性質與液體本身(水)的性質有關。透過水道內2組水位電阻測量儀,追蹤水波波峰或波谷經過探針時間,能準確有效的測量水波波速,結果顯示水位越深波速越快,與理論公式趨勢吻合。

數位物理實驗室:毫米波雷達系統之設計與應用

本研究旨在設計基於毫米波雷達的數位物理實驗系統,用於精確量化彈簧簡諧運動。傳統物理實驗易受肉眼觀察與手動測量的誤差影響,本系統利用24GHz毫米波雷達結合自製電路板,進行即時、無接觸的運動測量。透過設計電路板、撰寫韌體訊號轉換程式,並進行數位數據分析,成功開發了靈敏的毫米波雷達系統。我們利用彈簧簡諧運動實驗驗證了該系統,觀察不同質量砝碼對彈簧運動頻率的影響。實驗結果顯示,考慮彈簧質量後,測量數據與理論結果的均方根誤差從0.62Hz降低至0.35Hz,顯示出系統的高度精確性及穩定性。本研究成功解決了傳統實驗中的量測誤差問題,以毫米波雷達技術實現了精確觀測。開源設計有助於推廣至學校的物理實驗室,為學生提供先進的實驗工具與數據分析經驗。這展示了毫米波雷達在物理實驗中的應用潛力,並為未來教學實驗提供了高效、低成本的解決方案。

碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率影響

脫水技術在酵母菌應用方面則對保存和傳播重要的菌株十分有益。然而,脫水處理的酵母菌常常出現存活率過低的問題,若將生產規模擴大,導致的損失將不堪設想。 本研究探討脫水逆境下碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率的影響。發現酵母菌面臨脫水生存逆境,會透過粒線體分裂與融合維持活性,此機制與DNM1密切相關。脫水前階段提供葡萄糖碳源可使酵母菌抵抗脫水逆境能力最佳,反之乙醇最差。甘油調節細胞內氧化還原平衡和滲透壓有助於細胞存活。脫水後復水階段提供葡萄糖可使酵母菌存活率最高,乙醇最差。脫水前碳源改變對存活率的影響更為顯著,而SNF1機制調控是影響酵母菌代謝養分及存活率的重要因素。 本實驗成果可提供酵母菌在食品工業、製藥、化工及生物燃料等領域的培養和保存技術,提高酵母菌的存活率和利用效率以減少浪費,具廣泛應用前景和經濟效益。

碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率影響

脫水技術在酵母菌應用方面則對保存和傳播重要的菌株十分有益。然而,脫水處理的酵母菌常常出現存活率過低的問題,若將生產規模擴大,導致的損失將不堪設想。 本研究探討脫水逆境下碳源調控對酵母菌抵抗脫水能力及存活率的影響。發現酵母菌面臨脫水生存逆境,會透過粒線體分裂與融合維持活性,此機制與DNM1密切相關。脫水前階段提供葡萄糖碳源可使酵母菌抵抗脫水逆境能力最佳,反之乙醇最差。甘油調節細胞內氧化還原平衡和滲透壓有助於細胞存活。脫水後復水階段提供葡萄糖可使酵母菌存活率最高,乙醇最差。脫水前碳源改變對存活率的影響更為顯著,而SNF1機制調控是影響酵母菌代謝養分及存活率的重要因素。 本實驗成果可提供酵母菌在食品工業、製藥、化工及生物燃料等領域的培養和保存技術,提高酵母菌的存活率和利用效率以減少浪費,具廣泛應用前景和經濟效益。

獵物狀態對蜈蚣捕食行為的影響

覓食對動物來說是至關重要的行為,而最佳覓食理論可解釋單獨覓食策略,其模型可計算獵物的獲益能力。前人研究蜈蚣捕食行為概分三部分:蜈蚣捕食行為順序、毒液作用效率、獵物密度對其捕食方式的影響。然而皆無討論蜈蚣依靠何種感官捕食、攻擊不同部位之優劣、獵物型質對蜈蚣捕食時間的影響,本研究以少棘蜈蚣、杜比亞和紅蟑為實驗物種,透過型質測量和捕食紀錄探討以上三點。結果顯示蜈蚣捕食獵物主要依靠觸覺且攻擊獵物腹面較優勢;紅蟑型質改變使蜈蚣搜索及處理時間有顯著不同,杜比亞差異卻不明顯;用最佳飲食模型算出杜比亞的獲益能力顯著高於紅蟑,故蜈蚣捕食杜比亞這類獵物能獲得更多好處。本研究可為蜈蚣的行為生態提供進一步的參考資料。

浪浪準備好了:AI配對不NG

近年來流浪犬攻擊野生動物已對環境生態造成威脅,改善流浪犬認養現況勢在必行。本研究開發一套多模態AI快速評估與媒合平台,整合聲音、動作與圖片資料進行分析。系統流程包含:建立多模態資料庫、 以梅爾頻譜與 DeepLabCut 擷取動作特徵、分別訓練CNN 聲音模型(準確率71%)與LSTM行為模型(62%),最後再以整合評估模型進行友善度與敏感度等量化指標評分;接著透過串接雲端介面,可自動輸出認養評估報告並即時給出媒合建議。研究首度將多模態深度學習導入流浪犬情緒評估並串接領養流程,期望透過科技減少棄養、降低流浪犬對野生動物的威脅,並促進人犬共融。

「環」環相扣:環氧樹脂剪切強度探討

本研究旨在研究環氧樹脂AB膠熱固化反應後形成的網狀交聯結構,結合其黏著用途,探討不同A膠與B膠的配比與不同固化環境是否會影響剪切強度。更結合不同儀器測量膠水性質,希望達到佐證的效果。在80°C時增加固化時間,各比例皆無明顯變化,而在改變溫度到100°C及以上,3:1的配比因環氧樹脂過多產生自聚反應使機械咬合更佳。後續的實驗得知膠水對不同材質的剪切強度與其表面能有關,且在膠水中加入橡膠微粒後,能提高分子可承受的最大拉力。

AI災後現場守護通

本研究針對2024年花蓮地震後災難現場人員管控問題,開發「AI災後現場守護通」系統。研究動機源於觀察到非救災人員擅闖管制區域,危及自身,更影響救援效率。本系統採用Google Gemini API進行影像辨識,透過Arduino開發板整合攝影模組,即時辨識救災人員與非救災人員,並透過LINE BOT發送通知。 研究分兩代系統開發:第一代使用NMK99開發板,日間準確率達86.7%,但夜間僅64.4%;第二代改用AMB82mini開發板,增強夜視功能與離線警報(LED燈+蜂鳴器),日間準確率提升至94.4%,夜間達85.6%,整體平均90.0%,反應時間在3秒內。 本研究創新結合AI視覺辨識與物聯網技術,建立零訓練即可部署的災後管理系統,不僅適用於地震,亦可延伸至其他災難場景,為災難管理提供科技解決方案。

潮間貝包客--淡水河口棲地特性對貝類分布的影響

本研究探討社子島頭至漁人碼頭貝類分布與棲地類型、距河口遠近、水質、土壤特性、土壤重金屬、季節的相關性。研究結果,貝類主要棲地 4類:礫石、泥沙、軟泥、水筆仔林潮間帶,共發現60種貝類。影響貝類分布因素依序為:多元地形、適合土質、水體情況、環境穩定性、棲地面積、潮線長度、季節等。水質檢測與貝類生物指標:水質汙染程度越上游越嚴重。土壤重金屬檢測:越上游汙染程度越嚴重,比對2023年研究濃度 無升高。重金屬含量:紅樹蜆體內與水樣比較,鉛為33倍、汞為100倍、鎘為33倍,重金屬會在貝類體內累積。秋、春季貝類種類與數量略多於冬季。棲地惡化時,貝類會消失或 利用貝卵遷移到適合棲地環境生長,因此可作水質、環境生物指標。

探討海漂種實結構與傳播機制之關係-以銀葉樹為例

海漂種實是一群能靠海流傳播後代的植物繁殖體,追蹤其跨洋散播途徑與族群分佈狀況常可反應生態問題。本研究便想以銀葉樹為例,釐清海漂體結構如何適應遠距傳播。結果發現,銀葉樹能以果實作為海漂體的關鍵有: :(1)整體密度小於海水; ;(2)中果皮有許多儲氣空隙可維持浮力; ;(3)種子座落位置與中果皮纖維局部吸水性則有利於穩定浮 心,使果實於海流中多能以正向姿態漂浮並快速前行; ;(4)果實從外到內有多層疏水性構造,有利於長期海漂期間抵抗海水滲入以維持種子活性。相較短期海漂後就腐爛失活的大葉山欖種實而言,銀葉樹果實對海水具抗性又能善用海流動力確實更適應跨洋性遠距傳播,值得作為輔助評估氣候變遷對於海漂植物影響與保育的指標物種。