全國中小學科展

2024年

In Silico Carotenoid Compound with Protein in Durian (Durio zibethinus Murr.) Seed Waste and Hedonic Test Innovation in Making Healthy Cereal Organic (HCO) (Nutrient-rich Functional Food Alternative)

Durians’ seeds have potential as a food source due to their content and nutrients. Durians’ seeds contain fiber, minerals, vitamins A, B1, B2, C, carbohydrates, folate, potassium and copper. Nutrients are needed for the body's health and growth and development process. Durians’ seeds have the potential as a nutrient-rich food alternative. Researchers made an innovation in the form of cereal, Healthy Cereal Organic (HCO). Analysis of durians’ seed content through two stages. First, wet lab examination and second, in silico method. The wet lab examination shows the results that durians’ seeds contain 10.17 Kcal of fat energy, 4.09% ash content, 11.25% water content, 72.79% carbohydrates, 1.13% total fat and 10.74% protein and the in silico method shows the content of carotenoid compounds (vitamin A, quercetin, beta-carotene, zeaxanthin) as a drug delivery system which means that this compound is able to be absorbed by the body with the help of albumin as a carrier that maintains stability and increases its activity. Feasibility analysis based on toxicity tests, Durians’ seed compounds show inactive (non-toxic) results. Allergenicity test showed non-allergen durians’ seed content. Hedonic test was conducted on 20 panelists dominant to the HCO1 sample for aroma by 60%, texture 90%, taste 40%. It can be concluded that durians’seeds can be used as a basic ingredient for making nutrient-rich Healthy Cereal Organic (HCO).

修正未切換注音輸入法產生之字元

臺灣的許多人要使用電腦打字時皆會選擇「注音輸入法」作為輸入的方法。然而要使用注音輸入法輸入中文時若無切換輸入法則有可能會誤用到英文輸入法。如要輸入「今天天氣好」五字,使用英文輸入法輸入時會輸出「rup wu0 wu0 fu4cl3」。這種文字不易理解。本研究的目的即為研究將未切換到注音輸入法而打出的英數符號混和字元翻譯為漢字的方法。 本研究使用「PTT 中文語料」與「維基百科中文資料庫」訓練 GRU、BiGRU、LSTM 和 Transformer 以及計算維特比演算法,並與 Google 輸入工具的進行比較。整體來看以 PTT 中文語料計算的維特比演算法的 BLEU4 分數最高,在準確率以及 BLEU4 的評分皆高於Google 輸入工具,分數分別為 0.94 與 88.3 分。 本研究之成果在應用方面極廣,可應用於線上翻譯或聊天軟體的即時翻譯。本研究使用之程式碼開源於 GitHub 頁面,除了可讓使用者下載使用外,使用者也可訓練自己的模型。

Observation of volcanic gases with a simple alkaline filter paper method at Sakurajima Volcano in Kagoshima, Japan.

There are many active volcanoes in Kagoshima Prefecture, including Sakurajima Volcano. So, the volcanic disaster prevention is an urgent issue. Also, Hirabayashi of Tokyo Institute of Technology reported that the molar ratio of HCl/SO2 is large during periods of high HCl/SO2 and conversely small during periods of low HCl/SO2 , and that explosions increase one month after the molar ratio of HCl/SO2 increases during periods of no explosions. We decided to determine the composition ratio of volcanic gases (sulfur dioxide, hydrogen chloride, and hydrogen fluoride) emitted from Sakurajima crater in order to understand and predict volcanic activities. Th us, we established a simple collection method for volcanic gases using alkaline filter paper and a quantitative method using a self m ade absorbance photometer so that even high school students could perform the measurement at many points, and we discussed the data from various perspectives. Furthermore, since last year, we have found a correlation between the variation of Cl-/SO2 ratio and the number of eruptions at Sakurajima volcano. Also, a model for the behavior of volcanic gases was developed based on a comparison of the amount of volcanic ash and the number of eruptions.

兩組直線所構造的三角形外心軌跡性質與推廣

本研究源於 2022年數學雜誌《CruxMathematicorum》的一道四邊形動態幾何問題,我們先將此問題設定為三角形,利用綜合幾何方法給出了兩種構圖條件下的三角形外心軌跡皆為圓弧,並且發現兩種圓弧的變換關係以及豐富有趣的性質。值得一提的是,分別對三角形的三個頂點輪換進行第一種構圖得出三個圓弧,這些圓弧恰可組合成三角形的九點圓。回到原始問題的四邊形,我們構造了兩個三角形,透過巧妙轉換頂角與直徑圓變換而給出外心軌跡所在圓弧的兩個定點而解決此問題。 最後探討三角形的形心之軌跡為圓或橢圓的幾何結構是什麼?先考慮具有定角的形心切入,結果發現垂心的軌跡是橢圓,但內心與旁心的軌跡並非二次曲線。再從外心與垂心思考,我們進而給出了該軌跡的內在的幾何結構是歐拉線。值得注意的是,歐拉線上的任意點之軌跡恆為橢圓,並無拋物線或雙曲線。

由楊氏矩陣變形之三角楊氏陣列的探討

楊氏矩陣是由有限多個相鄰的方格排列而成的表格,各橫列的左邊對齊,格子數由下而上遞增,而標準楊氏矩陣中每列與每行的元素皆嚴格遞增。我們將楊氏矩陣的「方格」變形為「三角形」,制定與原先楊氏矩陣相似的規則,並命名之為三角楊氏陣列。 本篇研究中,我們首先求得了將某些特定形狀的兩列三角楊氏陣列的遞迴關係式、生成函數、一般項,其與組合學上著名的卡特蘭數亦有相關。後來更是一般化至任意的兩列三角楊氏陣列,得到能夠求其方法數的通式。研究中使用的推算邏輯與方法,也許對未來再研究更一般(或云更多列)的三角楊氏陣列會有所幫助,另外,此研究與偏序集合(Partially Ordered Set)有關,可能可以應用於資訊領域的排序問題。

探討星系交互作用對恆星形成速率與恆星質量關係的影響

星系的恆星形成速率與恆星質量關係一直是天文研究中的熱門主題。為何星系在相似的恆星總質量下有不同的恆星形成速率?這些差異的基本機制是什麼?為了回答這些問題,在這個研究中,我使用了 Sloan Digital Sky Survey(SDSS)的大量光譜數據以及 Hyper Suprime- Cam(HSC)Survey 所獲取的深度成像數據,來研究星系合併對恆星形成速率的影響。首先, 我使用 HSC 圖像來尋找正在合併過程中的星系子集,之後使用了機器學習演算法幫助辨別所有在 SDSS 數據集中有 HSC 觀測的合併星系。然後,我分析合併的不同階段對恆星形成速率與恆星質量關係的影響,並將其與獨立星系的關係分別進行比較。最終,結果顯示,平均而言,合併星系的星形成速率約是恆星質量相似的獨立星系的 2 倍,這證明星系合併是影響星系恆星形成速率與恆星質量關係的關鍵機制之一。

圓桌中對應編號的錯排問題

本研究主要探討,有n位教授要在一個圓桌上舉行會議,其中每位教授都有自己的編號 (1~ n號),同時圓桌的 n個位置上也有各自的名牌編號 (1 ~n 號) 以順時針擺放置圓桌上與教授們的編號對應。其中第一個進來的 1號教授坐到了圓桌上 k號位,此後的教授們亂序一個一個進入,若發現與自己編號相同的位置是空的,就直接入座;若與自己編號相同的位置被占走了,就以逆時針方向尋找空位,直到有空入座。在這樣的遊戲規則下,本研究探討了,有 n位教授,且 1號教授坐到 k號位,如何給定一組教授入場的順序,就能即刻的找出對應的坐法,以及計算坐錯人數的期望值和坐錯人數次數分佈表等等,後續再將遊戲規則改為,1號教授不限定為第一個入場的人,同樣的探討上述問題。

探討溫度對蝴蝶翅膀彩蝶效應特性之影響

本研究主要探討溫度對蝴蝶翅膀彩蝶效應特性之影響。為了研究蝴蝶翅膀光子晶體結構的特性,測量了翅膀對紅、藍和綠三種顏色光在不同角度和溫度下的反射率強度。當環境溫度變化時,小藍閃蝶翅膀的光子晶體結構會膨脹,週期性也會略微改變,導致藍光反射率明顯降低。然而,當環境溫度超過攝氏 40 度時, 反射光的強度則不再隨溫度變化。此外,斜角入射時,光線與鱗片截面增加,影響到較長波長的紅光和綠光。未來,計劃改變其他環境因子,以探討是否有其他因素會導致蝴蝶翅膀光子晶體結構的變化。同時,將致力於設計利用光學方法來測量溫度及其他環境因子的新方法。

智慧車的「 聲」存之道

本研究探討聲源的追蹤方法,開發出一輛能自動轉向聲源方向的智慧車。首先,我們先理論推導出聲源方向的演算法,主要是透過兩個麥克風接收聲源訊號的時間延遲差,來求出聲源方向。然而音源訊號有大小聲的問題,我們採用單範互相關函數,能準確估算出兩個麥克風接收聲源訊號的時間延遲差。然後,我們在 ESP32的平台上開發演算法程式,結合麥克風和車體,利用單頻 1kHz 單頻訊號進行參數最佳化調整。從量測結果發現,智慧車能準確的估算出音源方向,並在動態展示影片連接中,智慧車展現快速追蹤音源,並讓輪胎準確的轉向音源方向。

代謝物 2'O Methyluridine 對乳癌細胞株的影響及作用機制探討

在近期的臨床觀察中,我們發現腫瘤微環境有許多共存微生物,本研究透過生物資訊學發現微生物代謝物 2'O Methyluridine 可能有促進乳癌細胞生長的功效, 便設計實驗進一步解析兩者之間的作用機制。 本研究探討 2'O Methyluridine 對 MCF-7、T47-D 兩種常見乳癌細胞株的作用機制,發現 2'O Methyluridine 對 T47-D 的生長與細胞群落形成具有促進效果,而 MCF-7 的生長則是受到抑制,且 2'O Methyluridine 可能造成乳癌細胞中編碼粒線體 ATP 合酶亞基的基因之表現量降低。 本實驗的研究結果可提供乳癌治療的新方向,若微生物代謝物對於不同種類的癌症細胞株有不同的反應,我們可以針對患者的腫瘤細胞預先進行分析,並同時針對微生物與癌細胞進行治療,或許可達到更佳的療效果,減輕化療的副作用。