全國中小學科展

2024年

Eco-friendly fungal-based protein wood adhesives: A non-toxic and effective alternative application

在真菌釀造過程中除了釀出需要的酒精、醋、醬油,味增,釀造後都會產生廢料:酒糟或酒粕改良性質後測試有作為木質黏合劑的潛力。我們選出 6 種菌種,透過破碎、離心、鹼裂解、酸中和與離心濃縮做出蛋白質膠,小量黏合能力測試結果選最佳的紅麴蛋白質與米麴蛋白質。參照 ASTM 標準壓縮負荷與拉力負荷法。 1.壓縮負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 156.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 51.3kgf,為對照組 82.2%與 27.0%。 2.拉力負荷法結果顯示紅麴蛋白膠抗剪強度為 88.1kgf,米麴蛋白膠抗剪強度為 40.2kgf,為對照組 195.1%與 89.0%。 實驗結果顯示紅麴蛋白膠在壓縮負荷法強度接近對照組,拉力負荷法強度顯優於對照組,在作為木材黏合劑選擇上提供一種天然且無毒的選擇。

艾雪三角形磁磚對稱密鋪圖研究

根據研究[1]指出:三角形磁磚邊之作用方式共有 5種,且共有 11種設計方法可在平面上密鋪。然而作者在解決問題的方法均是採用窮舉,方法不夠嚴謹。本研究運用不同的方法,透過代數計算證明了三角形磁磚共有 11種對稱密鋪圖結構;而 M.C.Escher在手作創作圖中只使用了其中 5種結構;在與前人的研究比較下,發現前人所歸納的 11種設計方法恰好對應到本研究中的 8種密鋪結構,而另外 3種結構是前人所未探討的磁磚內部變化方式。本研究也進一步推廣至相關立體圖形,如:正四面體、正八面體、正二十面體…等,並歸納出各種立體圖形可密鋪的種類數,透過適當軟體的支援下,可以快速且精確繪製出豐富有創意的圖樣。

賦權基本面指標型投資模型之建構與績效分析

本研究旨在建立因子選股投資策略之模型。在財報中挑選了五項指標進行討論,並建立三種投資模型:單因子模型,等權重雙因子模型與不等權重雙因子模型。 單因子組合中將各項因子獨立回測後比較,PB 為最佳因子指標。並以市值篩選樣本池後重新回測,得到更優之年化報酬率與風險值。 在雙因子等權重模型中,本研究將 5 項因子指標兩項進行組合,共計 10 項組合,並在優化上針對投資週期更換為季報後一日交易、剔除表現較差的因子 EPS。優化後單因子最佳組合為 ROE,雙因子最佳組合為 ROE+PB。 在雙因子不等權重模型中,以二分逼近法找最佳比重,經過回測後最佳年化報酬率組合為 ROA+PB 並配與權重 2:3,年化報酬率高達 29.76%,為本研究最佳選股模型。

以分塊矩陣及生成函數探討多人跳躍數列在多顆球下的方法數

本研究針對多人的跳躍數列在多顆球下的相關特例進行分析;多人跳躍數列規則為「同一個時間點任一人只會有一顆球回到手中」、「丟球期間需要連續、規律的接及丟出球並且無限持續下去」、「在多人丟球前可以有準備的時間」。 為了能呈現多人跳躍數列各個情況則用矩陣形式並採用有向圖進行討論,該圖的點元素代表當下每一顆球在幾秒中回到手中的狀態、邊元素則為每個狀態轉移時的丟球方式,接著將有向圖轉換為鄰接矩陣形式,並將點元素用類似 2進位的形式進行分類以便整理成規則一致的分塊矩陣,接著由 Cayley–Hamilton定理計算特徵方程式後,利用相關定理整理出各個特例分析的生成函數,如特定顆球同時回到手上的情況。

分割子三角形的內切圓與旁切圓之新性質

關於三角形的分割子三角形之內切圓問題,我們設定了幾個新的研究項目並且得出豐富的成果。第一,子三角形的切圓的切點重合性質;第二,子三角形的切圓「半徑長度乘積不變量」;第三,兩點圓心連線性質以及三點圓心連線三角形的面積不變量。首先,我們給出一般化的切圓之切點重合分割存在唯一性。在此條件下,其切圓的圓心均落在一個拋物線,這是很有趣結果。我們再依序探討兩個、三個到多個子三角形,先給出內切圓與旁切圓半徑長度乘積與邊長的關係式,並且發現了不變量。最後探討三點圓心連線三角形面積不變量。值得一提的是,看似不相關的「圓心連線三角形的面積比值」與「半徑長度乘積比值」居然是等價,這是本研究亮點。最後我們完整給出分割為三個子三角形的所有面積不變量的所有組合。

含3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯合成方法探討

香豆素(coumarin)是一種廣泛使用於增香用途之化合物,同時亦被作為藥 物使用,γ-乙烯基聯烯酸酯 (γ-Vinyl Allenoates),則是一種具有多樣的反應性之架構,透過適當的控制,可擁有相當良好之區域及立體選擇性。本研究利用氮催化劑 DMAP 建構帶二烯羧酸酯之 3-高醯基香豆素,並透過篩選溶劑、反應溫度及催化劑及反應物當量數,找出本反應之最佳化條件。後以該條件探討反應環境酸鹼性對反應的化學選擇性影響,以及在 3-高醯基香豆素上改變不同取代基,探討不同取代基對反應性的影響,並擴展含 3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯未來使用的潛力。 實驗結果顯示,以DMAP 作為催化劑催化此親核加成反應時,可在 15 分鐘內達到 96%的 NMR 產率。未來希望能將含 3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯應用於進行合環、加成等反應,期望藉此增加此化合物泛用性。

探討地震相關因子對於斑馬魚社交行為之影響

台灣地震次數頻繁,除了地震帶來的自然災害以外,地震也會造成生物的心理焦慮及恐懼。斑馬魚是一種群居動物,可以表現群聚、侵略、恐懼、焦慮或是警戒等行為,因此斑馬魚的行為表現是分析社交行為的理想實驗模型。本研究目的為探討斑馬魚的社交行為是否會受地震之影響,藉由模擬地震的發生來觀察斑馬魚社交行為的變化。在斑馬魚潛水實驗(Novel tank diving test)發現在模擬地震強度 4.5 級的晃動後斑馬魚待在上層水域的時間下降;鏡像啄食實驗(Mirror fighting test)中則發現處理組的魚經由模擬地震強度 4.5 級的晃動後攻擊次數和打鬥週期皆顯著上升;而在社交偏好實驗(Social Preference test)中發現經過模擬地震 4.5 級晃動後的斑馬魚將會更傾向於靠近其他熟悉的個體。斑馬魚在地震來臨時會感到不安和焦慮造成其警戒心上升進而提升其攻擊慾望,也會更傾向靠近熟悉的同類維持安全感。

Connectivity Analysis of Glucose Metabolism in Huntington’s Disease: A New Perspective Provided by Dynamic Glucose-Enhanced MRI

亨丁頓症為神經退化性疾病,與認知功能障礙緊密相關。本研究首創應用 DGE MRI, 以探討葡萄糖代謝作為亨丁頓症神經影像生物標記的可行性,了解其腦區間代謝之關聯性。 本研究探討腦區間葡萄糖代謝關聯性與亨丁頓症病理之間的關係,在 zQ175 KI 和R6/2 KI 小鼠中不同的連接性變化模式,其中在紋狀體及齒狀迴之間之葡萄糖代謝關聯性發現顯著變化,與已知病理相符,說明 DGE MRI 用於臨床生物標記之潛力,助於及時診斷和監測。 本研究首創探討 DGE MRI 作為亨丁頓症影像生物標記之可行性,提供葡萄糖代謝行為於腦區間相互作用之分析,不僅可更加了該症病理,更可推動早期診斷、疾病監測和精準醫療應用之發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

Temperature Vulnerability of PAMP Elicited Plant Immunity Depends on a Heat-Sensitive Enzyme to Activate a Cytokine

病原體已被證實為農作物損失的主要原因,⽽背後可能與幫助農作物防⽌病原體感染的植物免疫反應訊號不⾜有相關連。根據近期研究,全球暖化所造成的溫度上升抑制植物對抗病原體的能⼒,使病原體感染農作物的問題愈發嚴重,⽽其背後的主要原因為⾼溫透過阻礙 Pathogenesis-related protein 1 (PR1) 蛋⽩的⽣成抑制植物活化廣效的免疫反應。PR1 是重要細胞激素的前驅蛋⽩,透過⽣成AtCAPE9 引起免疫反應,⽽負責⽔解 PR1 的蛋⽩酶則被發現會因⾼溫損傷。在本研究中,我們假設並證明環境升溫造成的植物免疫能⼒下降是因為蛋⽩酶活性被破壞導致 AtCAPE9 ⽣成量減少所造成。本研究由設計熱逆境處理阿拉伯芥離葉組織的初步實驗開始,藉以揭⽰ AtCAPE9 可能是使植物在熱損害後恢復氣孔免疫的關鍵因素。此項研究可應⽤於研發轉基因或⾮轉基因的⽅法幫助植物應對病原體,以預防全球暖化所導致的作物損失。

基於深度學習與自動化技術降低桌球硬體需求之開發

桌球機器人技術長期以來一直受到技術和成本挑戰的制約,限制 了其廣泛應用。深度學習和自動化技術的發展提供了新機會,特別是 長短時記憶(LSTM)模型的應用,可有效強化桌球軌跡時域資訊預測結果,並同時減少硬件要求,提高成本效益。 此研究強調軟體創新,透過程式控制與機器視覺,達到多目標辨識與硬體協作之功用,同時使用易得之零部件構建硬體,進而降低成本。不僅如此,本研究亦克服多個技術挑戰,包括相機校正、空間定位、乒乓球追蹤、模型訓練、機器人控制等相關議題,並在最後完成建造低成本桌球協作機器人,從而達到技術突破與實務應用之可行性, 為機器人技術在娛樂、體育等領域帶來新發展潛能。總結而言,本研究透過深度學習和自動化技術之應用,為該領域帶來學術和實際創新價值,開創未來之嶄新發展可行性,並提供實務應用創新展現。