全國中小學科展

臺灣

蔗糖、葡萄糖及果糖對阿拉伯芥幼苗 防禦基因PR1表現的影響

本研究藉由觀察不同濃度及種類的糖對 pPR1:GUS 轉殖株的影響,探討糖是否可以作為植物的危險信號,進而觸發植物的防禦系統。我們推測蔗糖環境濃度 0.5%、1%、2%及果糖濃度 6%時可以促進植物的防禦機制。我們認為可能是植物偏好蔗糖,所以發展出使用蔗糖作為危險信號。然而,在感病實驗中,我們卻發現使用 2%蔗糖條件處理植物根部及葉片,並不會增加植物的抗病性。

心理韌性的個別差異與心流、生理、認知方面之間關聯

由於心理韌性相關研究中,較缺乏以認知能力正常的普通人做為研究對象,因此本研究希望透過了解心理韌性與生理(血液)、認知(神經心理測驗)、心理(心流、憂鬱程度)在普通人之間的關聯,進而增加對韌性的瞭解。透過心理韌性量表BRS、CDRISC及RSA、心流量表FSS、貝克憂鬱量表BDI、神經心理測驗WMS、WAIS與血液檢驗報告,收集各項數據,並利用t檢定及Pearson correlation,找出具顯著關係者:心理韌性與心流成正相關、與飯前血糖濃度成正相關、與憂鬱程度呈負相關,以及與神經心理測驗呈負相關。然而韌性與血糖、認知間的顯著去除年齡因素後便會消失。

基於高效可更新神經網絡的西洋棋人工智慧應用於嵌入式對弈棋盤

本研究以西洋棋為切入點,採用磁簧開關陣列來偵測棋子位置,並在設計中加入二極體以防止Ghosting效應,進而開發出一款以Arduino Uno開發板為基礎的智慧對弈棋盤。棋盤底部配備RGB LED燈,以便為使用者提供落子提示,並根據不同的落子類型呈現不同的燈光效果。 我們成功地透過簡潔的設計與高效的運算性能,實現了一個能夠識別棋手落子的智慧對弈棋盤,並能根據國際西洋棋規則提供正確的移動提示,讓完全沒有基礎的初學者也能在遊戲中學習並掌握西洋棋的所有規則。此外,我們還引入了基於Minimax演算法的輕量化AI和基於高效可更新神經網絡(NNUE)AI,並探討兩者之間的性能差異,從而使該智慧棋盤在節省運算資源的同時,可以在不連接電腦的前提下,具備一定的棋力,以支持棋手的技能提升與訓練。

Electrical Characterization of MoS2 Field-Effect Transistors at Cryogenic Temperatures

隨著矽基電晶體逐漸微縮,其元件效能將接近其物理極限,二硫化鉬 (MoS2) 等二維材料藉著其獨特的特性(如寬的能隙、高電流開關比及優異的載子遷移率等),可作爲矽的替代材料用於未來的電子科技應用。本研究旨在製造MoS₂ 的場效電晶體並研究元件之低溫特性。我們成功利用機械剝離法製備並轉移二維 MoS2薄膜至二氧化矽/矽基板上,並且製造MoS₂ 場效電晶體,並量測其室溫(300 K)至極低溫(~ 4 K)的電流特性,元件在此溫度範圍中具有優異的特性,能有效地調控電流調控,表現出良好的下閘極控制能力,同時具有低次臨界擺幅及高電流開關比(~ 106)。在極低的溫度(4 K)下,該電晶體仍能保持良好的運作,顯示出MoS₂應用於低功耗且高元件效能的低溫電子元件的潛力。

運用細胞水膠化技術製作微流道晶片進行抗原專一性T細胞之篩選 Flow-induced Mechanical Screening of Antigen Specific T cells with Biomimetic Microfluidic Chip

積極發展癌症相關治療策略極為重要,其中T細胞免疫療法(adaptive T cell therapy)是一深具臨床價值的選項。即是將T細胞自體內取出後並增殖到一定數量,而後將其回輸病人體內使得T細胞攻擊癌細胞。此方式關鍵的步驟在於必須要能夠篩選出足量的抗原專一性T細胞。現行主要的篩選方法雖然方便,但會誤捕不相關抗原專一性T細胞,降低治療效率。為解決此問題,本研究將利用水膠細胞技術,運用其完整保存生物膜的特性,模仿細胞膜之免疫突觸現象,搭配微流控晶片可控制流速改變沖刷力的特性,成功開發一可篩選親和力較高之T細胞微流道晶片。已在晶片內建立可置換任意抗原之水膠細胞單層,並以SIINFEKEL抗原作為模擬,達到極高之置換率。預期能在未來的研究中提升篩選專一性與數量,進而提升其臨床價值。

線蟲土壤食物網監測模式建立與功能性調節 The Establishment of Nematode Food Web Monitoring Model and Regulation of Soil Functions

為了永續利用土壤生態系服務,本研究分析線蟲族群變化監測土壤食物網,探討線蟲食物網與土壤養分調節相關性,實踐 SDGs中第 2項消除飢餓與第15項陸域生態。首先使用文獻分析法,建構模式觀察線蟲功能群演替,監測線蟲食物網組成評估土壤生態系服務,改善與結合過去僅探討環境干擾方式。觀察線蟲對土壤養分影響,結果顯示線蟲功能群多樣性、族群增長與交互作用 (資源重疊與演替等)可能提升土壤無機氮;不過推測因族群交互作用減弱或微生物過度被捕食,氨化能力在食物網發展初期(六週提升 37%)與後期 (六週僅提升16%)不同,需探討如何延續其氨化能力。將結合植物生長觀察線蟲食物網對植物影響。期望未來新模式進一步評估與標準化,用於監測土壤線蟲食物網組成並調節土壤,在農業管理與生態復育方面做出貢獻,為土壤永續利用提出新的可能。

滴肆縱橫-探討不同液池移動速度與液滴反彈情形的關係

液滴碰撞的實驗不勝枚舉,然而,若液滴撞擊處為移動中的液池,對液滴碰撞會造成甚麼影響呢?此研究不同於其他液滴碰撞實驗,下方撞擊處為移動中的水面。我們在參考許多文獻資料後,設計實驗並且自行製作一套實驗裝置,以高速攝影機搭配電腦進行拍攝,結果我們發現:液滴反彈的傾向受到水平速度的影響,且液滴碰撞後反彈/融合的邊界之韋伯數在不同水平流速下並非定值,其隨著水面流速的增加而上升。除此之外,當液滴反彈時可以分為兩種行為模式:部分反彈以及分離反彈,兩者的發生也與液池流速以及韋伯數相關。最終,我們透過實驗,推論液池流速影響液滴碰撞結果的原因,可能與液滴下方氣膜、空腔受液池作用有關。

當蠶寶寶遇上碳量子點:探索環境友善螢光蠶絲之特性及應用

本研究透過一步煅燒法,成功將天然檸檬酸及尿素,製備成環境友善之碳量子點(CQD,尺寸約 2.7 nm),其有良好水相分散性與窄半高寬之藍色螢光。接著,將塗 CQD 的桑葉餵養五齡蠶,直到吐絲生成 CQD 螢光蠶絲(CQD-S),並觀察到蠶寶寶茁壯成長、結繭、成蛾、產卵,證明了 CQD 優異之生物相容性。螢光光譜證實,隨著餵食 CQD 濃度增加,螢光將從原本的藍光(435 奈米)紅位移至綠光(548 奈米);原因在於,其表面含氧官能基(C-O/C=O)降低(XPS- C1S 證實),導致由較微弱藍光轉成綠光蠶絲。SEM 顯示,CQD-S 的直徑和表面粗糙度有顯著差異。FTIR 和拉曼光譜證明 CQD 餵食,導致蠶絲的 β-折疊結構發生變化。藉由 CQD 與細胞膜之間的靜電吸附,可以在 10 分鐘內標定大腸桿菌。照射 UV 光結果顯示,CQD-S 可於 10 分鐘內,吸附和光催化降解污染物 (R6G)。此 CQD-S 的研究符合永續發展目標,並兼具創新性與產業應用性。

二氧化碳捕捉術-銅鋅雙金屬奈米觸媒對二氧化碳還原反應效能及機制之研究(Carbon Dioxide Capture Technology: Study on the Efficiency and Mechanism of CO2 Reduction Reaction Using Copper-Zinc Bimetallic Nanocatalysts talyst)

本研究以電化學二氧化碳還原反應(CO2RR)技術將二氧化碳還原成高經濟能源燃料,使用水相合成法製備Cu/Zn銅鋅雙金屬奈米觸媒,改變金屬間的比例: Cu2Zn1、Cu1Zn1、Cu1Zn2以及通入N2/O2/H2 熱處理改變觸媒氧化態,而改變氧化態可以在化學性質、催化活性、電子結構等方面有重要影響使其催化出不同反應路徑,改變產物生產效率和選擇性。用能量散射光譜儀、X光繞射儀鑑定奈米觸媒間金屬比例和晶型;線性掃描伏安法和氣相層析儀探討二氧化碳還原法拉第效應和生產效能。結果發現Cu2Zn1-N2能產生最多的CH4,因改變氧化態使其效能高達53.03%; Cu1Zn2產生最多的CO,效能為44.99%,推論為鋅的比例較高所致。

漫畫生成與預測

本研究探討了利用生成式人工智慧技術為漫畫創作帶來新可能性。在當今競爭激烈的漫畫產業中,創作者們需要不斷創新以吸引觀眾,而創作引人入勝的漫畫需要豐富的想像力和劇情結構。本研究希望能協助創作者製作草稿,並探索與AI當朋友的新型創作模式。在生成方面,提出了將漫畫劇情提取、劇情預測以及圖片生成三個步驟的生成流程,並使用了多種模型和技術,如 YOLO模型用於漫畫人臉檢測、文字生成模型用於劇情預測、LoRA技術用於模型微調等,為解決人物生成不連續的問題,我們也提出一種基於特徵提取與融合的解決辦法。本研究提供了一個全面的方案,旨在利用人工智慧技術幫助漫畫創作者創作出簡單的草稿。