全國中小學科展

2022年

搶救海洋紅寶石(藻礁)-運用AI視覺辨識無人機對藻礁保育之預警研究

本研究以水質對於藻礁的影響以及設計協助保育藻礁之無人機作為研究目標,藻礁是重要的地球資產,目前全世界藻礁數量岌岌可危,了解藻礁所適合的環境與水質指標,有助於保育以及維護藻礁生態,因此我們使用AI人工智慧技術,製作出AI視覺辨識飛行藻礁監測無人機,經過研究以及實驗,我們發現: 一、藻礁的生態環境以及藻礁對於海洋生物以及人類的重要性 二、石灰藻類對於海水水質變化的影響 同時實驗與測試也證明了我們的AI系統可以達到: 一、確實幫助人們觀察與研究藻礁 二、能夠有定期紀錄藻礁以便研究 三、對藻礁破壞與否進行辨識和提供預警 期望本研究能讓更多人一起關注並認識藻礁,並且增加AI技術的用途,讓這個海洋的紅寶石生生不息。

利用鐵鉑奈米粒子做為新穎藥物來治療對於標靶藥物產生抗藥性之肺癌細胞及其死亡機制

癌症已嚴然成為全球人類最難克服的一種疾病,而其中治療後對於藥物產生抗藥性的難題,依然是一個很難突破的瓶頸。因此於本研究中,我們將利用鐵鉑 (FePt)奈米粒子來當成一新穎的治療方式,並觀察在具有對標靶藥物Geftinib(GEF)產生抗藥性的肺癌細胞中,是否可以產生毒殺的效果。我們從感應耦合電漿光學發射光譜儀(ICP-OES)的結果中發現,具有標靶抗藥性的肺癌細胞GR+對比不具抗性的HCC827細胞,會有著較高的奈米粒子吞噬量,並從細胞群落形成試驗(Colony formation assay)中觀察到,GR+細胞在接受奈米粒子後開始走向死亡,並伴隨活性氧化物質的產生。進而從西方墨點法的實驗結果中發現,GR+細胞的死亡機制為鐵凋亡(Ferroptosis),綜觀以上結果,我們發現鐵鉑奈米粒子確實具有成為克服標靶藥物抗性藥物的潛力

Susanito, autonomous robot body temperature meter: support to reduce infections in rows

A variant of the coronavirus (2019-nCoV or COVID-19) was reported in Wuhan, China on December 31, 2019, spreading rapidly around the world. Owing to a plan to reactivate the economy, the Mexican government, requested to implement protective measures to enter establishments with confined spaces: wear a mask, provide alcohol-based hand rub and the measurement of body temperature, allowing problem when not have a fever; however, these measures cause long waiting lines, causing contagion risk. To support this problem, applied and experimental research was used, generating as a result, the creation of a robot that moves autonomously thanks to a line follower sensor. Dispenses alcohol-based hand rub and determines the temperature by means of an infrared sensor, checking that the distance is adequate, with an ultrasonic sensor, using a buzzer that emits a sound of half a second when it performs a normal detection, but, if it is equal to or greater os 38 ° C, emits a sound for 10 seconds asking the person to leave the line and go to a medical service, helping to reduce problems infections in lines

旋葉構型對泵浦抽水優化之探討

旋葉之細部結構跟泵浦效率有密切的關連[1,2],本研究專注探討不同幾何形狀旋葉構型之效應,我們先利用3D列印快速成形之技術優勢,做出50種不同的旋葉,分別有圓弧形、橢圓弧形及直立形進行實驗測試,並計算其總效率找出最高值的旋葉,編碼為A2-ea281-ia279-8。 將最高值旋葉,套入田口法進行優化,目標是望大。經過信噪比及均值分析後,發現影響總效率之最大參數是旋葉數,其次是出口角,最後是入口角,田口法中得出,重新設計的更細部參數的最佳旋葉是A2-ea28-ia23-8,同時利用機器學習建立迴歸函數模型,透過訓練的模型,預測出效率值,最後經過COMSOL Multiphysics軟體模擬檢測出A2-ea28-ia23-8依然保持最佳的內部流場狀況,並運用自行設計之簡易透明泵浦,進行測試與印證。

Lill Path之立體圖形應用

本文主要在探討如何將二維Lill Path的性質推廣至三維。和二維Lill Path的結論相同,我們證明若有一自原點出發的射線在多項式函數f(x)的三維Lill Path進行反射(依三維Lill Path反射規則),且此射線通過三維Lill Path終點,則其充要條件為f(x)=0有一實根(-tan⁡θ ),其中θ為射線與三維Lill Path圖形所夾的角度。我們仿照參考資料[2]的方式,證明了若多項式所對應之三維Lill Path圖形是封閉的,則其充要條件為此多項式有一因式為(x^3+1);同時,我們解決了參考資料[2]中教授所提到的一個問題:當路徑夾角不為π/2,且其三維ϕ-Lill Path圖形為封閉的,則其充要條件為多項式有一因式為 [x^3-(cos⁡ϕ ) x^2-(cos⁡ϕ )x+1]。

黏滯流體與固態粒子對馬克士威爾滾輪的物理影響及探討

將黏滯流體放入空心帶軸圓盤中(稱作黏流滾擺),以繩繞軸芯捲至25.17 cm高度落下,實驗發現填充量為22.500 %~87.500 %時,相對其他填充量以非常緩慢的速度落下且不會彈跳,而圓盤角速度具有週期性,並整合參考文獻理論公式分析邊界層對圓盤運動的趨勢,發現若邊界層變薄則讓液體質心處於α>0,滾擺加速滾動,若變厚,則反之。當釋放高度大於8.55cm無彈跳填充範圍將維持在22.500 %~87.500 %,不受高度影響。而黏流滾擺落下的時間約為空圓盤的122倍。改以黏滯性較小的水作為填充液體則不存在無彈跳填充區域。若改以填充混和質量濃度比例100:6及100:20的黏滯流體與水,則可發現臨界線向左偏移。若填充液體改為固態粒子(細沙),實驗發現填充比例為4.242 %~93.196 %時,細沙滾擺會固定於高空中而不落下。比較黏滯流體、水、細沙三種填充物質,黏滯流體緩衝效果與穩定性最佳。

在壓力下更要堅強,探討ACE2/Ang(1-7)軸與韌力的關係

背景:韌力 (resilience)指個體遭受壓力時快速調適及復原的能力,是許多疾病的保護因子但生理機轉仍不明。Angiotensin-converting enzyme 2/Angiotensin(1-7) [ACE2/Ang(1-7)]軸具有保護心血管、抗焦慮及保護神經的潛力。目前仍無ACE2/Ang(1-7)軸與韌力相關的研究。另外ACE2是SARS-CoV-2病毒進入人體的受體,相關研究在疫情下更顯重要。 目的:本研究中我們以習得無助行為模式篩選具韌力行為的大鼠(resilient, R),探討韌力鼠與非韌力鼠(non-R) ACE2/Ang(1-7)軸表現的差異。 假說:韌力鼠的ACE2/Ang(1-7)軸活性較非韌力鼠高。 結果:韌力鼠在壓力下其corticosterone (CORT)濃度與控制組無差異。韌力鼠的Ang(1-7)濃度較非韌力鼠及控制組高,暗示較高的Ang(1-7)濃度與韌性表現相關。以Ang(1-7)/Angiotensin II (Ang II)比率作為反映ACE2 轉化Ang(1-7) 功能的指標,發現韌力鼠的ACE2濃度及功能均與未主動逃跑而受電擊的時間相關,暗示其ACE2活性能因應壓力調控上升。韌力鼠的ACE2濃度雖較非韌力鼠低,但其ACE2功能則較其他兩組高。並且,Ang (1-7)濃度及ACE2功能僅在韌力鼠與ACE2濃度呈現正相關,但在非韌力鼠則無相關。暗示在壓力下韌力鼠的ACE2仍維持有效率的功能但非韌力鼠的ACE2功能則受影響。另一方面,Ang (1-7)濃度僅在非韌力鼠與CORT濃度負相關,暗示非韌力鼠個體的ACE2/Ang (1-7)]軸活性與海馬迴-下視丘-腦下垂體(HPA)軸的活性可能相關。 結論:韌力個體的ACE2/Ang (1-7)軸活性較非韌力鼠及控制組佳且可能因應壓力而調節增加。相反的,非韌力鼠個體的ACE2/Ang (1-7)軸功能較差且可能與HPA軸的活性相關。我們的研究顯示ACE2/Ang (1-7)軸扮演調節韌力的重要角色。ACE2/Ang (1-7)軸活性是否可以做為個體韌力的指標或具有增進韌力的臨床價值需進一步研究。

探討半乳糖凝集素-4在腸道沙門氏菌感染中扮演的角色

此研究旨在探討當腸道沙門氏菌感染人類腸道上皮細胞(HT-29)時半乳糖凝集素-4(galectin-4)所扮演的角色。我們用野生型(wild-type)以及半乳糖凝集素-4 剔除(galectin-4 knockout)的HT-29細胞進行沙門氏菌感染。我們首先經由CFU計數探討galectin-4對細胞內細菌量的影響,並檢測細胞釋出的LDH及IL-18和mature caspase-1的量,以此研究galectin-4是否會活化發炎體(inflammasome)。結果發現, wild type HT-29 cells相較galectin-4 knockout cells有較少的活細菌,釋出的LDH,IL-18也較少。但在經過wortmannin(一種自噬抑制劑)treatment後,wildtype HT-29 cells釋出較多的LDH,IL-18,並且也釋出了mature caspase-1。這些研究結果顯示galectin-4能夠降低細胞內活細菌的量,且能夠活化inflammasome。

圖形化物聯網小型折線機之研究

生活中網路商店或夜市常看到業者手工用鋁線在折造型,這些造型必須應用手工方式生產,所以生產效率及重現性低,且這類型的塑性加工在課堂上我們只能觀看一些影片來教學,無法實際進行操作。本研究用單折彎頭來進行金屬線之折線加工,以課堂所學知識及加工技術背景進行開發,主要以3D列印機的Arduino+RAMPS1.4控制器為基礎,自行設計及加工折線機構、進線機構、轉軸機構與螺桿機構開發出小型折線機。利用Python程式語言開發出將圖型座標轉換為NC碼,透過ESP-01S物聯網方式,直接控制所需的機械動作,做出所需的作品,讓使用者只需畫圖即可做出成品,不需學習機器控制語法。本研究可自動化加工生產、具有3D折線功能、折不同軟硬度的材料、操作介面簡便、體積小、成本低。

肝未人生,肝緊治療-利用端粒酶轉基因斑馬魚斑馬魚模式研究三種藥物的組合抗肝癌作用

癌症為台灣國人十大死因之首,在台灣地區肝癌在十大癌症死因排名第二。雖然有第一線以及第二線藥物,但是頂多只能延長病人13個月的壽命,所以急需開發有效抑制肝癌的新藥。斑馬魚屬於脊椎動物,斑馬魚基因與人類基因的相似度達到87%,且繼代快成本低,對於研究人類的疾病或篩選藥物助益極大。在肝癌病患當中具有高達百分之六十的人,在肝癌中發現了端粒酶逆轉錄酶(TERT)啟動子的突變,這項突變會導致在肝癌細胞中端粒酶的過量表現並促進癌細胞的生長。先前在研究員實驗室建立了端粒酶轉基因斑馬魚,在15天有顯著增加細胞增殖相關基因以及b-catenin下游基因的表現,並且利用HE染色細胞組織病理學分析,有絲分裂以及三核的比例也大大增加。我們這個研究就是利用端粒酶轉基因斑馬魚研究三種藥物(小分子褐藻醣膠,鯽魚複合配方,麩胺酸螯合鈷)單獨使用跟組合使用抗肝癌的作用。我們發現使用三種藥物混合能有效抑制肝癌,未來可廣泛運用在醫學。