全國中小學科展

2022年

壓電-摩擦感測器配合CNN進行步態分析及身分識別

我們設計了一款透過壓電片與摩擦片收集資料的智慧鞋,壓電片嵌入在鞋底,摩擦片安裝在前腳掌,兩者並聯。當人行走時,感測器會被擠壓變形,藉由DAQ(數據採集)收集感測器的電壓輸出,可顯示出正常步行、快走、慢跑和漫步等活動的訊息,利用時變電壓形式的輸出數據,與能夠識別時域信號的CNN深度學習(卷積神經網絡)進行不同類型步態辨識。 實驗結果顯示此方法可以辨檢測這四種步態,其辨識率高達95%。訓練好的CNN可同時辨識個人身份與步態。結果顯示,識別快走時辨識率極高,識別正常步行和漫步時辨識率為90%,識別慢跑時辨識率僅達49%。因此,我們未來預計將提高同時辨識不同受試者與不同步態之辨識率,並透過壓電能量擷取器為藍牙模組供電。

車輛預防翻覆系統

人們每天依靠著車輛往來各地,在帶來各種便利的同時,卻也伴隨著各種安全隱憂。本研究想要預防因駕駛轉向過於劇烈所導致的車輛翻覆行為,因此設計自動控制系統以避免車輛因轉向過於劇烈所導致的車輛翻覆行為。本研究利用車輛模型模擬轉向時車輛側向加速度的變化,根據模擬結果設計控制策略。控制目標為希望能降低車輛轉向時的側向加速度,進而避免翻車。控制策略分為門檻式控制策略與連續控制策略。控制系統輸入訊號為車輛側向加速度,而輸出訊號為車輛左右兩後輪馬達的扭矩訊號。控制系統只需要偵測車輛的側向加速度即可推得車輛轉向的時間點,並在車輛有較高可能翻覆時,根據控制策略予以車輛馬達扭矩輸出訊號的限制,避免轉向時側向加速度過高導致翻車。

AsqJ酵素活性庫之篩選並探討其專一性與反應性之改變

非血基質鐵/α-酮戊二酸依賴型雙氧化酶為巨大酵素家族,其在生物體內進行許多重要反應。我們選用小巢狀麴菌之 AsqJ 蛋白,其與 Fe2+ 及 α-酮戊二酸能催化 cyclopeptin 的去飽和、環氧化,形成 cyclopenin。根據 AsqJ 蛋白結構,我們將與受質結合的 9 個胺基酸位置以不同鹼基對隨機取代,以轉譯不同胺基酸,構築酵素活性庫,送入大腸桿菌篩選並觀察 AsqJ 突變蛋白分解非典型受質之表現。 我們成功篩選出能分解 X-Gal 之 AsqJ 突變株,代表我們能以改變 AsqJ 特定位置胺基酸,進而改變其活性位點,並分解與原先截然不同的受質,故此篩選平台深具生化技術應用潛力。我們並進一步將上述突變株進行純化、晶體培養及結構解析,以釐清反應機制,並與奈米抗體結合以增強活性。目前正嘗試分解環境汙染物結構相似物,期望對環境做出貢獻。

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]。

超分子奈米粒子應用於基因治療

X染色體關聯性視網膜裂損症患者,在青少年時期會逐漸喪失視力,主要是因為RS1基因突變造成視網膜剝離,目前並沒有藥物達到有效的治療效果,即使最新研發的病毒載體基因療法也沒有效果,雖然在動物模型中具有良好的表現,但是在人體試驗中卻沒有獲得任何顯著的改善成果,推測是實驗模型不夠完善,在本實驗中,我們將會採用幹細胞分化成為視網膜類器官,並搭配上超分子奈米粒子運輸基因編輯材料送入,期許達到治療效果。本研究中以超分子奈米粒子(SMNP)將CRISPR/Cas9基因編輯系統及正常RS1基因共同運輸進入細胞來達成基因敲入的效果。我們篩選出兩個具有最佳傳遞性之超分子奈米粒子載體(Cas9/sgRNA-plasmidÌSMNPs及Donor-RS1/GFP-plasmidÌSMNPs)並將其應用於細胞中,於其安全編輯位點(AAVS1 locus)實施基因敲入,接著以PCR及Sanger sequence檢測敲入基因的正確性,並施以免疫螢光法分析RS1蛋白表現。結果顯示在細胞當中,RS1/GFP基因成功敲入AAVS1位點中並能有效進行表現,因此我們進而測試該方法是否能應用於iPSC分化而成的人類視網膜類器官中,其也成功表現RS1/GFP 質體引發的綠色螢光蛋白(GFP),效果也持續接近40天。總而言之,我們希望目前的研究結果可以作為未來開發遺傳性疾病基因治療法的藍圖,造福受疾病所困擾的病患。

Introduction of Omed-Omedan Tradition Through Augmented Reality-Based Card Games To Increase The Love of Local Culture

This research is motivated by the differences in the people's perceptions, mainly youth about the omed-omedan tradition. The difference is that many people think that the omed-omedan tradition violates the norms of decency and is also called the pornography tradition. The purpose of this study is to, 1) describe the mechanism of applying omed-omedan tradition recognition attitudes through augmented reality-based card games, 2) analyz the impact resulting from the application of omed-omedan tradition recognition attitudes through augmented reality-based card games, and 3) analyze about the feasibility of application resulting from the application of omed-omedan tradition recognition attitudes through augmented reality-based card games. This research is a type of R&D research conducted at Bali Mandara State High School from July 1-September 6, 2021. The subjects of this study were the teenagers of Kaja Sesetan Indigenous Village and the object of this study was the omed-omedan tradition through augmented reality-based card games. The data collection method used is the literature studies, questionnaires, interviews, and validation questionnaires. Data is processed based on qualitative descriptive approach and quantitative descriptive approach. The results showed that the mechanism of implementing the omed-omedan tradition originated from the download of assistive devices, namely android studios and applications from AR, the impact of augmented reality-based card games was seen as very helpful in the introduction of the omed-omedan tradition and was seen as able to help increase the love of local culture, besides that the media used was also very popular by players because it was seen as interesting and very helpful. Based on the feasibility tests that have been calculated, this game is considered very feasible to implement and researchers hope that the innovations that have been created can effectively provide understanding to help out the local community about omed-omedan tradition.

2、3、4 進位Kaprekar變換的性質

非負整數的各位數字重新排列後,由大到小減去由小到大的運算稱為Kaprekar運算。若原數和結果相等,則此數為Kaprekar常數。在此條件下,Kaprekar變換最終定會進入循環(包含循環節為1的情形)。本研究探討Kaprekar常數與循環的結構,以及其與混沌之間的關聯。 結果如下: (1)參考[1]和[4]中的一些數學符號,將二進位分為五類,得到二進位常數的形式和規律。 (2)在三進位時,我們利用g(x)來討論三進位的變換形式,得到能判斷其結構和循環節及數量的規則。 (3)g(x)有混沌的性徵,即在任何有理數區間中必有任意的n-循環點,其中n是任意正整數。 (4)關於四進位,我們發現將任意非負整數運算四次後必符合某一形式,且其結果與三進位有相似的結構。

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]。