全國中小學科展

臺灣

神經與精神疾病的樞紐- TAOK1對神經系統相關基因表現的效應

TAOK1與神經發育與退化有密切關係,被證實會在阿茲海默症與帕金森氏症伴隨認知障礙的患者中大量表現,被視為一種可供診斷使用的生物標記。本研究透過細胞軸突型態與蛋白質表現,觀察到TAOK1過量表現會使分化中神經瘤細胞的軸突縮短,且α-tubulin和β-tubulin的蛋白質表現量均下降,這可能是軸突縮短的原因之一。我們也發現 TAOK1過量表現的細胞中,心理疾病相關基因(BDNF、MAO-A和MAO-B等)的表現會顯著增加;與神經退化有關的TDP-43之mRNA表現量會顯著增加,而pTDP-43的表現量也有明顯上升。因此本研究的發現或許能為神經退化性疾病與心理疾病提供診斷與治療策略。

白蟻在不同粗糙表面的抓附比較

昆蟲附著力學中,常用爪與爪間體進行分析。因大多數白蟻沒有爪間體,為了解爪鉤附著時的功能,故選用白蟻單純對爪鉤進行探討。另外,白蟻是常見居家害蟲,會侵蝕建材並危害建築,但白蟻的抓附能力與偏好至今仍未被研究。因此,希望量化白蟻的附著力,並尋找不使白蟻攀附的材料,減少對建築的危害。本研究以常見居家白蟻為對象,首先實施形態觀察,再以自製離心轉盤對抓附能力進行量化,最後使用掃描式電子顯微鏡對爪鉤構造進行分析。發現使白蟻展現最佳附著力的表面顆粒,會受脛節、跗節、爪鉤構成之範圍影響。而顆粒大小與爪鉤尺度、附著形態、微棲地皆有關係。此外,兵蟻在質量、體型與附著表現上均優於工蟻,此結果受階級分工、爪鉤形狀影響。

不對稱上反角與滑翔機滯空時間之研究

本研究探討滑翔機左右機翼上反角(Dihedral Angle)不對稱設計對滯空時間的影響。傳統認為對稱設計較穩定,但比賽經驗發現,適度不對稱反而能提升飛行表現,引發驗證動機。 依據滾轉力矩(Rolling Moment)原理,規劃11 組上反角組合,結合理論與實驗進行分析,並以標準差檢視數據穩定性與可信度。結果顯示,當上反角差處於適度範圍時,可產生有利滾轉力矩,挑戰了對稱設計的傳統觀念,證實其對飛行穩定與滯空表現的貢獻。 研究成果可應用於無人機及無動力飛行器,提供優化滯空設計的新視角。同時也希望傳達:科學來自生活,只要善用身邊資源,便能設計出具探究價值的實驗,進而激發更多人對科學研究的興趣。

擺撞協奏曲:相位完美節奏—Lato Lato運動機制之研究

本研究探討Lato-Lato與物理機制相關的系統:在一根繩子的兩端各懸掛一顆球,並將繩子的中點固定在一個能夠垂直振動的支點上。當支點以一定的頻率和振幅進行振動時,系統最初表現為規律的單擺運動,但隨著振動條件的改變,球體間逐漸發生碰撞,並開始出現能量累積現象,導致整個擺動幅度顯著增大。本研究從直觀的實驗觀察和嚴謹的數據分析兩個角度入手,通過設計精密的實驗裝置和採集詳細的運動數據,深入探討這一現象背後的機理。我們著重研究了碰撞過程中能量與動量的轉換,以及振動頻率、振幅、繩長與球重等參數如何影響系統的運動狀態。最終,我們提出了調整支點振動相位以實現最佳能量傳遞效率的方案,為未來相關工程應用提供一些新的思路與參考。

遨尤四海––原三角形和頂垂三角形的尤拉線性質探討

本研究以圓內接多邊形為主題,探討其幾何結構中的尤拉線特性,重點分析原三角形與頂垂三角形之間的幾何關係,以及原三角形與六邊形尤拉線的關係。

消波~快!2.0

延續去年的實驗做進一步的改善與測試,這次我們新增浮動式的消波塊觀測其消波的情形,實驗過程中,在無精密儀器下觀察波速與波高,是一件令人感到棘手之事,所幸目前影像分析技術大行其道,因此本實驗的觀測資料均由電腦影像分析輸出並整理。固定式消波塊的實驗結果蠻符合我們的預期,能以簡單的消波塊結構達到消波的功能,實驗數據顯示出原本岸邊的最大波高,可銳減至原有的三分之一左右,效果驚人,真的是消波~快!反之,浮動式消波塊的結果與預想有一段落差,最大原因是消波塊隨著液面升降,上方無足夠的水體產生足夠大的水壓,因此無法順利引導水流通過洩壓裝置,導致消波結果不如預期。

AI星捕手-人工智慧探索小行星之可行性研究

本研究探討將AI技術應用於小行星辨識的可行性,並與傳統影像處理方法進行比較。初期使用專家提供的觀測資料,每天針對同一區域拍攝4張照片,並與傳統OpenCV差分結合霍夫轉換等方法進行比較。雖然AI模型具備較佳辨識能力,但對於亮度較低或移動速度較慢的小行星,仍易錯失目標。為提升模型表現,我們採用「連續拍攝疊圖模式」作為改進策略,透過短時間內連續拍攝影像以及影像疊合處理,並加入高通濾波、高斯模糊等機制,進一步強化小行星的移動痕跡與整體影像清晰度。訓練結果顯示,mAP@0.5有效提升至85%、精確率高達90%、召回率亦提升至75%。此外,我們的實驗成果也可作為未來有意導入AI技術從事小行星搜尋任務的機構或團隊在設計拍攝計劃時的重要參考依據。

極巨化vs小鋼炮—探討影響颱風暴風半徑之因素與模擬

本研究旨在探討影響颱風暴風半徑的因素,結合模擬實驗分析風場與降水特性。統計2010至2024年西北太平洋共358個颱風案例,結果顯示:颱風的強度與半徑正相關、且生命週期長、生成位置越東(145~155°E)、十月生成者,半徑普遍較大。我們依強度分類定義颱風的大小,發現大型颱風多沿副高邊緣西行後北轉並發展壯大;小型颱風則常直接西行。風場部分,大型颱風風場對稱且壯度大,小型颱風則較不對稱。颱風西行侵台時,結構易受地形破壞,過山後壯度下降,降雨集中於迎風面。 實驗以氣流場模型搭配水霧,改變抽風條件模擬不同規模的颱風,結果顯示,抽風電壓越強、抽風口直徑越大、氣流進入角越小,風場越大。加入台灣地形與木漿棉進行降水模擬,可驗證資料分析結果。

香菸、檳榔對鼠婦趨避行為的影響

本研究以多霜蠟鼠婦為對象,探討香菸與檳榔對其趨避行為的影響,以了解隨地丟棄的菸灰、菸蒂、檳榔汁及檳榔渣是否會改變土壤中微小清除者的行為。研究結果顯示,香菸中的菸草、菸灰及濾嘴,市售白灰檳榔嚼塊,以及檳榔嚼塊中的荖葉、荖花、白灰、紅灰及檳榔果實,皆對鼠婦有驅避效果。當土壤出現這些污染物,鼠婦會產生忌避行為,傾向選擇在無污染的區域內活動,並減少探索受污染的區域。本研究證實香菸及檳榔嚼塊對生態環境造成危害,不僅污染土壤,還改變生態系統中小型清除者的行為,此實驗為環境保護提供了重要科學依據。

瓶起瓶坐—探討瓶中內容物與翻轉角度的關係

本研究旨在探討瓶中內容物與翻轉角度關係,採用自製單擺裝置進行實驗,並使用了不同水量、不同角度以及不同內容物三種操作變因當作研究目觀察翻轉角度的變化。例如:變換不同初始翻轉角度、瓶中水量、變換不同內容物、改變瓶子重心……等。在內容物為水且單純變換翻轉角度及水量的實驗中,得到了初始翻轉角度愈大,翻轉角度愈大以及水瓶受到的慣性愈小,翻轉角度愈不規律的兩個結論;在變換不同內容物的實驗中,證明了非流體在水瓶中的重心變化較小,流體的重心變化則要依據流體的流動程度進行判斷;在改變瓶子重心的實驗中,證明了水瓶的重心變化愈小,翻轉角度愈大;水瓶的重心變化愈大,翻轉角度愈小。