全國中小學科展

臺灣

扭腰擺巢-探討褐帶紋水螟蛾幼蟲之保護構造和運動方式

褐帶紋水螟蛾(Parapoynx crisonalis)幼蟲棲息於池塘的水域環境,幼蟲為增加身體浮力使移動更有效率和保護自身避免天敵攝食,而有造巢的行為。無巢水螟蛾幼蟲以毛蟲運動方式前進,但移動速度比有巢者慢。有巢水螟蛾幼蟲移動時,會伸出前端七個體節,左右擺動身體,讓身體與巢以S形的方式移動。有巢幼蟲移動速度,主要受蟲體擺動的角速度影響;幼蟲轉彎時改變的角度,主要受蟲體該次左右擺動之角速度差影響。因幼蟲會攝食自身的巢,因此造巢葉片選擇順序和攝食喜好是一致的。巢具有立體的外觀,可增加巢的浮力;形狀呈橢圓形,且短軸與長軸的比值為0.22,可使巢在水流中所受的阻力較小。

不偏不倚--奈米級修準方法與敏感度評估之研究

Positive –A Study on a Nanoscale Revision Method and Sensitivity Evaluation This paper took a pyramid and a fixed point as the reference level. It was the intention of our team to establish and prove a new hardness value revising method that is to be used in the deflection of indentation of nano indentor. Such new method was named Material Surface Nanoscale Hardness Revision Method with which we re-measured various materials and error sensitivity of hardness values. We obtained the following conclusions:(1). This paper revision modification method have a highly precision. (2). When the round tip or plane tip was closed to ideal indentor tip, the contact areas during indentation process were close, not demonstrating significant difference. (3). The indentation triangle created when loading effort P was similar with the one left on the sample material when unloading the effort; thus, even though the sink-in and pile up effects due to the mechanical properties of sample material caused the differentiation of side lengths and two indentation areas, the angles of two indentation areas was the same. (4). When the effort was loaded by the tip onto the sample material, if the tip had a certain deflection ψ or rotation ω, the indentation triangle left on the sample material was still significant. (5). In the observation of the indentation triangle left on the sample material, when the triangle cannot become a regular triangle, it meant that there is a deflection or rotation happening to the tip and a further revision of the deflected angle ψ or rotated angle ω is required. (6). The hardness value revision method under indentation deflection situation had the best effect on the projected area revision; the second was on the indentation volume revision and than on the indentation contact area revision. (7). The hardness error sensitivity of hardness value revision method under indentation deflection situation had the best effect on the projected area; the second was on the contact area and than on the indentation volume revision. (8). The method proposed by this study was proved by the silica and aluminum single crystal indentation results and is thus able to be applied to the engineering in the nanoscale measurement of metal materials to obtain more precise data.不偏不倚-奈米級修準方法與敏感度評估之研究在這篇研究報告中,以一個三角錐和一個定點為基準,本團隊建立並證明一個新的在奈米硬度測試儀壓痕偏斜情況下,硬度值的修正方法,取名材料表面奈米硬度修正方法。在新的材料表面奈米硬度修正方法下,重新檢測各種材料及硬度誤差敏感度,得到許多好的結論:(1)本研究之修準方法具有高度精確性。(2)利用圓球尖端或平面尖端的方法近似理想壓頭時其壓痕過程中之接 觸面積相近,並無明顯差異。(3)作用力P 施加(Loading)時之壓痕三角形與卸載時(unloading)殘留於測試材料上之壓痕三角形係屬於相似形;因此,即使各該三角形之邊長因為該測試材料本身的機械性質所產生的滲入(sink-in)與堆放(pile-up)的效應而造成作用力施加與卸載時,壓痕面積上的差異。不過,該兩壓痕面積的角度卻是一致的。(4)當該作用力隨著該壓頭施加於測試材料時,若該壓頭產生某一程度的偏斜ψ 或旋轉ω 時,該殘留於測試材料上之壓痕三角形仍然具有代表性。(5)藉由觀察該殘留於測試材料上之壓痕三角形,當該三角形無法成為一正三角形時,其係表示壓頭已產生偏斜或旋轉的之情況,需要進一步對該偏斜角度ψ 或旋轉角度ω 進行修正。(6)在壓痕偏斜情況下硬度值的修正方法以投影面積修正為最佳,其次是壓痕體積再其次是壓痕接觸面積方法作修正。(7)在壓痕偏斜情況下硬度值修正方法的硬度誤差敏感度則以投影面積為最佳,其次是接觸面積再其次是壓痕體積修正方法。(8)本研究提出之修正方法經由矽、鋁單晶壓痕結果驗證,足以說明適用於工程學上金屬材料進行奈米壓痕硬度檢測時更精確的數據獲得。

肘節式駐腳架

我媽媽體重只有38公斤,每次她在牽機車一直在抱怨車子好重,媽媽因為個子很矮,只有150公分,而且她每次又喜歡穿高跟鞋,所以每次在騎機車、牽機車,而且她又怕車子cc數太小容易被風吹倒,自己又喜歡騎150cc的機車(機車重量一般為70kg~250kg),每次牽機車時自己還常常牽到跌倒,跌倒曾經有一次跌到骨折住院(技術真差!),或每天在喊著關節痛、腰酸背痛,我對我媽媽的行為都感到很辛苦,機車有那麼重嗎?結果我自己牽才知道有那麼重,所以我一直在想,在媽媽的抱怨,體重38公斤、身高150公分這麼瘦弱的女孩子,又騎著150cc的機車,說真的機車的腳架對她來講受力實在太大,所以我一直在想怎麼去設計一個機車腳架,可以讓媽媽不再那麼痛苦、不再有那麼多的抱怨!甚至穿高跟鞋也很好用,所以我一直在想機車腳架怎麼去使用它,直到機械科二年級我上了機件原理裡面有解說機構,我想所有的機車駐車架都是用力矩原理,那為什麼我們不在力矩原理再加上使用肘節機構(Toggle mechanism),因為機件原理講肘節機構是最省力,肘節機構當它形成一直線的時候力量最大,所以我利用高職所學的所有的東西來設計肘節機構設計一個省力的機車腳架,使媽媽不再痛苦、讓媽媽很輕易的就把機車立起來,這就是我的設計---- 肘節式(Toggle mechanism)駐車架。

火車行駛安全辨識系統

本實驗為實現運用於火車的安全辨識系統,製作一套即時影像辨識,且使用了OpenCV(Open Source Computer Vision Library)以及YOLO(You only look once)等開源程式碼,並運用Python進行編譯和整合的工作,再進一步使用Tensorfolw和Darknet的類神經網路來訓練機器,增強系統精確性,最後,將偵測到的資訊文字化後輸出,供給訊息給其他功能使用。

震盪效應─輕微腦震盪警示系統的研究與實現

本研究主要針對造成輕微腦震盪 (Mild Traumatic Brian Injury, mTBI) 的現象及其物理量進行研究,以封閉式頭部工程旋轉加速度的撞擊模型 (Closed Head Impact Model of Engineered Rotational Acceleration, CHIMERA) 為基礎,結合目前常用於頭部碰撞量測的腦部受傷標準 (Head Injury Criterion, HIC),實現一套由加速度感應器和微處理機組成的可穿戴式輕微腦震盪警示系統。本研究利用此警示系統進行舞蹈和刺激性遊樂設施的實測,探討生活中容易被忽視卻對腦部造成傷害之危險動作。而研究中更提出多重衝擊模擬器的實現方法,此模擬器改善CHIMERA僅單次撞擊工程問題,並結合特徵檢測 (Feature Clarification) 及互相關 (Cross-Correlation) 的定性分析,提供更多元且更符合真實情況的資料,以達到輕微腦震盪警示之功用。最後再根據實驗結果提出警訊,以降低在日常生活中輕微腦震盪發生率。

水中蛟 「熊」﹣校園水熊蟲分布與種類調查

水熊蟲0.25~1.5 mm不易收集與觀察,為了提高收集效率,因此比較文獻收集方法與自製濕離法,實驗發現自製濕離法可有效收集大量水熊蟲,且最適合採集水熊蟲的環境與時間點:面向東方與東南方、春季和降雨後潮濕的苔類植物。進行水熊蟲與其棲息的蘚苔植物種類鑑定,得知校園水熊蟲為趾生熊蟲屬與端爪熊蟲屬,並棲息於錦苔屬、溼地苔屬捲葉濕地苔、真苔屬、鱗葉苔屬、捲薄苔屬與澤苔屬的蘚苔植物。文獻指出空氣中二氧化硫濃度會影響水熊蟲分佈 (Steiner, 1995),因此未來將先嘗試飼養水熊蟲,使實驗動物穩定後,探討水熊蟲因空氣汙染後的隱生、死亡或其他生理機制的表現,評估其是否有潛能成為空氣污染的指標生物。

生生炭熄~生生不息!-花生殼生物炭與肥料共同施加對葉菜作物生長之影響

為瞭解生物炭對肥料效用的延長及增強之影響,以進一步確認生物炭應用在減少施肥及增加產量上的價值。本研究聚焦花生殼在300℃炭化的生物炭,於不同施肥狀況下對三種葉菜作物(小白菜、莧菜、香菜)生長情形的影響。 結果顯示:新鮮花生殼製成之生物炭,與培養土混合比例1:50,在不同施肥頻率下,試驗作物的生長狀況皆顯著優於未添加生物炭者,且其增產效用未顯著受減少施肥影響;比較葉長寬積,其增產效用達一倍甚至十倍以上。而一般大眾較易取得之水煮及鹽水煮花生殼製備的生物炭,亦大多有顯著效用。 本研究後續展望:針對生物炭來源、製法,施用對象、時機、量,環境及栽種成本,提供應用上的完整提案;生物炭效用的機制之深入探究等。

潘朵拉的正鑲嵌圖塗色秘密

本研究探討正凸多邊形正則鑲嵌及阿基米德鑲嵌,在限制每一格相鄰格子中至多(或至少)有 格被塗色的情形下的最大(或最小)塗色格子數問題。研究利用塗色格子位於邊線角落、非角落的邊線、鑲嵌內部的共用邊數差異、及與塗色格子總數間的限制條件,採用賦值法解析塗色格子數的最小上界或最大下界。接著建構具最大(或最小)塗色格子數的塗色方式,以歸納法推導塗色格子數,證明其與賦値法解析結果相同,證得存在該塗色格子數。研究結果可應用至貼磚或印染鑲嵌圖案設計、LED點燈遊戲設計、供給-需求組合配置最佳化、LED廣告面板或色差控制等。

鋪蓋之研究與探討

本文是利用整數分拆及排容原理研究以1x2 矩形鋪mxn 矩形的排法邏輯及總排法數,並進一步探討下列兩種情況:雙邊不含缺陷線及至少有一缺陷線的排法數。\r Based on the Apart of Number and the Inclusion- Exclution principle, this research intends to analyze the logic and final result of permutation by laying an 1x2 rectangle over an mxn rectangle. From the analysis, this study will go further to explore the possible permutation in the following two situations : when there is no fault line on both sides and when at least one fault line exists.\r

正n邊行內接正四邊形之探討

本篇將探討在正n邊形中的內接正四邊形,即此正四邊形的四個頂點分別位於正n邊形的四個不同邊上。我們將正n邊形依邊長數分為n=4k、4k+1、4k+2、4k+3,透過電腦繪圖、尺規作圖法及公式驗證,得到以下結論:正n(n=4k)邊形有無限多個共中心內接正四邊形,而其餘正n邊形中,皆只有一個(本篇中圖形經過旋轉對稱後,大小、位置相同者為全等,則視為 "同一個")內接正四邊形,且在n=4k+2時,內接正四邊形必和正n邊形共中心;n=4k+1或4k+3時,內接正四邊形必不和正n邊形共中心,但內接正四邊形之中心必在正n邊形的一對稱軸上。最後我們提供一個能在所有的正n邊形畫出內接正四邊形的尺規作圖法。