【開箱文】科教館化學常設展

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

希望看展覽也能像看戲劇一樣，同時進行視覺與聽覺體驗，最好還能動手實作？現在國立台灣科學教育館展出的「設計我們的世界-科技性別化創新」展覽（以下簡稱「設計我們的世界」展）就能滿足你的需求！

細膩布置，帶你看見蒙塵微光

策展人暨科教館「跨領域策展小組」組長林怡萱表示，團隊花了一年的時間收集資料、規劃主軸、設計教具、動畫與歌曲，打造亞洲還很少見，同時結合科學工程領域女性議題、性別化創新觀念與實作體驗坊的展覽。

「設計我們的世界」展除了能讓未來想投入 STEM 領域（科學、科技、工程與數學）的女孩認識科學歷史上的女性典範，也適合自認不擅長數理或不具備創新能力的大朋友與小朋友，通過展覽發現新的學習方法與自己的創新潛能。

第一大展區「關鍵少數」除了精細的布置與真跡複本，策展團隊更用心安排燈光、音樂、動畫與多媒體互動等豐富元素，讓參觀者更容易融入時代氛圍。透過劇場式的體驗帶你走進雅典時代、文藝復興、啟蒙運動、十九世紀至二十一世紀等不同的時空，認識當時的女性典範與她們面臨的困境。

科學是眾人之事，並非只靠單一明星

提到對科學領域有重要貢獻的人，一般人都能隨口舉出好幾個科學家的名字，但其實科學知識能順利進展與傳播，並非只是靠科學家的努力，還需要協助研究的研究助理、製作儀器的工程師、紀錄動植物圖像的科學插畫家，製作解剖模型的工藝家，科普工作者等人的付出，才能讓科學社群蓬勃發展。

在「設計我們的世界」展，你將看到這些鮮少出現在科學主流的女性研究者身影。例如生活於十七世紀的瑪麗亞．西碧拉．梅里安 (Maria Sibylla Merian)，因為對昆蟲感興趣，開始系統性觀察、紀錄昆蟲並畫下牠們不同生命階段的樣子。梅里安曾花兩年的時間，帶著女兒前往荷蘭殖民地蘇利南 (Suriname) 進行生態觀察之旅，完成記錄當地動、植物的重要《蘇利南昆蟲變態圖譜》。

而啟蒙運動時期的夏特萊侯爵夫人 (Émilie de Châtelet) 作為熱愛科學與哲學知識的沙龍女主人，曾於 1740 年出版一本介紹牛頓等當代知名科學、哲學理論的科普教科書《基礎物理》 (Institutions de Physique)。

為什麼科技需要性別化創新？

被譽為現代解剖學之父的維賽留斯 (Andreas Vesalius) 曾因為當時社會分工影響，缺乏臨床經驗，簡化了對男女生理器官差異的認知而提出「除了生殖器官以外，男性與女性的器官並無差異」的誤解。而這類未察覺的性別偏誤，仍存在於現代科學工程研究與生活環境中，讓我們產生錯誤判斷或忽略可能的創新機會。

在「見維知著」展區，策展團隊結合史丹佛大學的「性別化創新」(Gendered Innovations, GI) 專案研究與國內外實際案例，從科學、健康醫學、工程或環境四大角度，帶參觀者了解「性別刻板印象」、「忽視性別差異」與「僅專注於性別」等習慣所可能產生的問題。

此外，這裡也介紹了許多納入不同性別與不同年齡層使用者需求的創新案例。例如維也納政府在設計無障礙道路設計時，如何從性別的角度切入，讓無障礙道路同時提供行動不便者、提著購物袋、推娃娃車或照顧其他家庭成員的人更安全且舒適的行走空間。

數理真的很難，還是我們把它教得太難？

奧瑞岡科學與工業博物館的 Design Our World (DOW) 教案發現，如果想要吸引女孩投入工程與科技領域，在教案設計上需要注意幾個要點：提供女性榜樣、生活化、說故事、吸引感官、凸顯利他主義、個人化，使用包容性的語言，以及設計開放式與沒有標準答案的活動；這樣的教案設計同時適合不擅長通過傳統考試與競爭來學習的兒童。

策展團隊以 DOW 教案的精神打造出「匠心獨運」展區，規劃「與樹共生」、「手術解決方案」、「地震緊急救援」等遊戲，讓大小朋友直接根據任務目標，運用現場的材料，發想創意並動手打造原型 (prototype)，體驗科學家與工程師創新的過程。例如在手術關卡，你將拿著細小的工具，嘗試在有限的範圍內取出物件，感受在人體內開刀的困難以及好用的醫療器材對外科手術有多重要！

如果參展者看完展覽有任何的感想想交流，可在最後的「集思廣益」區聽演講、玩桌遊、留下意見回饋，激盪出更多的思緒與創意火花。

保持對世界的好奇，找到自己的專長

對於想要投入 STEM 領域，但擔心自己數理不好、無法成為科學家的年輕女性，林怡萱分享道：

除了知識和理論外，實作能力、同理心、好奇心以及企圖心，都是科學家不可或缺的精神。

如果現在覺得不擅長某些科目，可能是沒找到適合的學習方法，她建議大家先設定想解決的問題，再收集需要的相關知識，讓學習並非單純為了考試與成績。此外，如同展覽要傳達的，現代科學工程領域包含了各式各樣的工作，也許你擅長的專業就是團隊需要的人才也不一定呢！

《設計我們的世界-科技性別化創新》展期 2019.02.26-11.24，在國立台灣科學教育館七、八樓東側展廳。

本文感謝林怡萱小姐、鄭鴻旗先生

文／劉珈均、蔡佩容、簡韻真

台灣國際科展自2002年起舉辦，像個科學競技場，各國好手在此交流、過招，選手的競技選擇繁多，有數學、化學、物理與天文學、動物學、微生物學、醫學與健康科學、行為與社會科學等13科，看見這些只有15到18歲左右的國高中生，是如此努力地「應用所學增進人類福祉」，若你也（跟採編們一樣）抱憾自己高中時代被考卷淹沒，一起來看看上個月的科展有哪些中學生驚人研究，逛逛今年來自20國家、展出150件作品的有趣攤位吧！

青少年科學家得主

各科獲獎學生有機會被選派繼續參與美國、荷蘭等國際科展，大會評審並從13科的一等獎選拔出三件專題，成為科展最高榮譽「青少年科學獎」，今年由建中高一生陳韋同、台中一中高二生李嘉峻、來自美國的華裔高中生張杰西（Jesse Zhang）共同獲得這最大獎。

陳韋同已不是第一次進入國際科展複賽了，此次他設計「單點定位系統應用於無人飛行器控制系統」，厲害的地方在於，只要單一參考點，即可即時而精準的定位！目前常用的定位系統仍稍有不便，如GPS定位需要三四顆衛星，且無法用於室內追蹤；一般室內定位用的RSSI技術（Received Signal Strength Indicator）亦需要至少三個定位點，且訊號易受物體干擾或牆壁反射，常得多一道演算法抵消；無人飛行器常以相機定位，易有死角，也有妨害隱私疑慮。陳韋同讓定位點減少的方法是利用兩個旋轉速率不同的磁鐵產生磁場變化，只要測磁場的相位差，再配合分頻多工（Frequency Division Multiplexing）的數位訊號處理，就可得知物體在三度空間中的位置與角度，相當方便用於室內定位。年紀輕輕的他已在申請專利，除了應用於無人飛行器，也可延伸用在行動穿戴裝置、照護機器人甚至送餐機器人的室內定位控制，讓機器人更完美地執行任務。

太空也要有天氣預報！大氣層最上層的熱氣層常受太陽風影響，讓空氣分子的密度產生變化，這也會影響到在這個高度巡弋的衛星。來自美國科羅拉多州的張杰西發現，除了太陽風之外，月球重力場也對大氣層上層的「太空天氣」影響甚鉅。他分析歐洲太空總署2009至2013年的的GOCE海洋環流探測衛星資料（Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, GOCE），由該衛星提供的地球磁場、地表冰層厚度及洋流等數據，計算出不受月潮振盪和地磁影響的結果。發現月球的重力也會影響增溫層的氣象，如同影響地球的潮汐一般，且影響力可以達到太陽風的 50 %。這個月潮信號（lunar tidal signature）的動態分布與氣層的相對密度及帶狀氣流（zonal wind）都有季節－緯度（seasonal-latitudinal）上的關係。

李嘉峻喜歡數學，在看書過程中看到有趣的題目，他以六個環狀數字為雛形，分析相間兩數字相減之後的絕對值，在這些環狀排列的條件下，探討其守衡狀態及其全數歸零的研究。李嘉峻說，不同於一般多以數論角度去解釋數列的性質，這專題提供另一個角度討論盧卡斯數列與梅森數列；就實際應用，守衡狀態中的同餘性質或許可用於通訊傳遞與密碼學的加密資料，不過這是否可行還要進一步探究。

颱風、鄉野傳說、攝影機腳架──生活即科學

每個家庭可能都有些祖傳秘方，從小立志當醫生的加拿大高中生艾蜜莉˙歐萊里（Emily O’Reilly）也不例外，她的科展作品靈感來自她克羅埃西亞爺爺的「民俗保健食品」──杏子（apricot）。幽門螺旋桿菌會引起胃黏膜慢性發炎，進而導致胃及十二指腸潰瘍，甚至胃癌。在她爺爺的家鄉，相傳杏子可以治療胃癌，歐萊里歷時一年作這實驗專題，她移去杏仁中的氰化物成份，以確定幽門螺旋桿菌不是被氰化物殺死，再將杏子萃取物加進幽門螺旋桿菌的培養皿，發現杏子萃取物的確能產生生長抑制圈。歐萊里的爺爺已過世，歐萊里以此專題紀念爺爺，她也期盼未來能進一步研究杏子對抗胃癌的功效及應用。

人人喊打的外來入侵種「小花蔓澤蘭」嚴重影響台灣本土生態系。但是曉明女中的許芷瑄利用移植腫瘤到裸鼠身上，發現小花蔓澤蘭的葉和根莖萃取物有清除自由基的能力，以及保護紅血球不受自由基誘發溶血反應，研究也發現它可以抑制血癌細胞生長。換句話說，小花蔓澤蘭可能具有抗氧化及抗血癌的功效！若未來成功利用它開發預防自由基疾病及抗癌的保健食品，也許就能促使大家踴躍除去小花蔓澤蘭，讓台灣生態系鬆一口氣，還另外賦予了「害草」重大生存意義（天生我材必有用，突然有點勵志啊）。

每次颱風來襲，大家除了關心有沒有放假之外，也都會緊盯颱風轉來轉去到底會從哪裡登陸，來自美國的吳威廉（William Wu）也希望能找到預測墨西哥灣颶風登陸地點的方式。他分析超過八十筆颶風登陸的歷史資料後，發現颶風登陸地點與路徑的相關性。他將會指向登陸地點的颶風路徑的切線位置連起來，建立出三條紐帶，當颶風經過時，可以大致估計其前往的登陸地點，他說這種方法的平均預測誤差比目前美國國家颶風中心模型的預測誤差少了 50 %。

天文學專題在科展屬鳳毛麟角，今年北一女學生柯芷蓉與江郁儀從選修課的作業延伸發想專題，從高一斷斷續續作到高三，探討紅移與星系顏色的關係，此專題拿下物理與天文學科別首獎。天文學家用望遠鏡擷取遙遠星系的資料，而宇宙正在加速膨脹，導致星系的顏色會往光譜波長較長的紅光方向移動，此為「紅移」，天體距離愈遠，遠離速度愈快，紅移值愈高，紅移值可用於計算地球與天體的距離。柯芷蓉說，他們看到一篇研究（Strateva et al. 2001），該研究使用史隆巡天計畫（SDSS）釋出的數據推想，但當時SDSS尚未有紅移資料，因此該學者用星系的亮度推論紅移，設想愈暗的星系，離地球愈遠，紅移值也愈高，偏紅星系的紅移值高會偏紅，但偏藍的星系紅移值愈高則偏藍。「這感覺跟我們課堂聽到的天文知識相衝突。」他們決定深入探究。柯芷蓉說，SDSS後期的資料有紅移值，他們分析SDSS第7至12版本的57萬多筆資料，加入實際觀測的紅移數據，重新探討紅移值與星系顏色、亮度的關係，發現紅移與顏色並無絕對的線性對應關係，不能從亮度推論紅移，且偏藍星系紅移值高一樣偏紅。他們修正了原本缺乏資訊造成的誤差，讓星系資訊更精確。

現場非常受歡迎的瑞士高中生埃利亞斯˙漢普（Elias Hampp）設計了多軸攝影機手持腳架，不論各種手持姿勢，腳架縱軸重心皆可巧妙的維持不變，其多軸關節緩衝手持給予的外力，讓影像維持平穩、不晃動，使用者也可調整螺絲位置，分配力矩配重。這腳架加上一台GoPro，簡直無往不利！只可惜腳架重量略沉了一點，小編熱烈期待以後是否有更輕巧的作品上市（若太輕巧，手持又容易晃動影像了，得抓到平衡點）。

國際科展有蟑螂入侵！

中山女高的生物老師蔡任圃有個綽號「蟑螂艦長」，他期望教育不只傳遞知識，更要引燃熱情，總是不斷鼓勵學生去闖。林沂萱、陳永文所做的《螂吞虎嚥》利用影像分析及電位記錄，探討斐蠊前腸的消化機制，結果發現牠們可以敏感偵測人體無法辨識的低揮發性物質，也會對可能影響酸鹼與滲透壓恆定的物質呈現趨避反應，未來也許可以利用這些趨避性來調配蟑螂藥。

另一組的姚乃筠、毛靖雯研究非真社會性昆蟲的蜚蠊，是否像黃蜂一樣，具有警告費洛蒙（alarm pheromone），能提醒其他個體逃亡或攻擊。結果發現自美洲蟑螂 (Periplaneta americana )分泌萃取的警告物質，具種內甚至是種間驅散效果，顯示其可能不為單一物種專屬的費洛蒙；此外，在不同性別與年齡間有不同的反應，推測分別有行為演化上的意義。未來也許可以利用以上兩組發現的趨避性甚至警戒物質，調配對環境傷害更小的蟑螂藥。

蟑螂總是惱人的爬上爬下，迅速躲開拖鞋攻勢，李欣玫與陳韻安探討蟑螂是不是能知道重力方向在哪裡。依據文獻資料，多數昆蟲用本體感受器如肌肉、關節、毛板等偵測身體各處的壓力，整合壓力資訊後才能推測出重力方向，這種方式需要較長的時間，若壓力資訊錯誤或身體各處壓力均等（例如被埋在沙子中），就會導致昆蟲判斷錯誤。蟑螂在地面、天花板、牆面等處爬行的過程中，重力方向不時變換，而蟑螂爬行速度又快，因此，李欣玫與陳韻安推論蟑螂身上有直接偵測重力的器官，讓牠可以迅速正確地判斷重力方向並作出反射以避免摔落，他們稱該器官為重力感受器（gravity receptor）。他們研究發現：蟑螂的觸角以及位於腹部末端的尾毛就是重力感受器；觸角需要兩側都存在才保有完整功能，尾毛只需單側即可；觸角的擺動可能是感測到重力方向改變後，產生的反射；蟑螂的尾毛有一種像小石頭的構造懸掛表面，與人類的耳石（同是與平衡有關的構造）十分相似，這種小石頭或許跟蟑螂感測重力有關，若之後有更多研究，找出相關的平衡機制，也許未來可以利用蟑螂來研究與人類前庭系統（包括耳石）相關的疾病。困擾很多人的暈眩症就是跟耳石有關，但耳石在耳朵裡，又小又不好找，若能利用長在蟑螂尾毛表面的小石頭研究應該會方便許多。

社科學生站出來　科展不由理工組「壟斷」

在這充滿自然組與理工氣息的場合，「行為與社會科學類」的攤位顯得獨樹一幟，國外科展多有此項目，台灣國際科展則是近三年才新增此科別。

北一女學生黃以寧與孟玉婕研究身障者與消費行為，過去研究顯示，不論是求職或消費，身障者常受到不平等待遇，黃以寧與孟玉婕換個角度想，若讓身障者轉換角色，位於生產者端，所受待遇如何？她們到夜市擺攤，請同一人分飾正常人與坐輪椅的身障者兩個角色，賣飲料六天，她們觀察記錄輔以問卷，分析來往一百多位顧客的行為。她們調查發現，年齡較高或是平日不常購買飲料的消費者，向身障業者購買飲料的比例及可能性較高（雖然購買行為受飲料吸引程度影響極高），這些族群的消費行為可能更受同理心驅策，其他變項如性別則較不顯著。她們希望藉由這些研究未來可以幫助身障業者，在打動消費者的時候做到更有效的行銷。

南非高中生蕾雅˙法蘭區（Leia French）自己設計遊戲「Gaming for Social Change」，在遊戲關卡中埋入社會議題暗示，希望以遊戲喚起對南非社會議題的關注，例如缺水問題、基礎建設不足、煤油燈造成的火災。蕾雅以問卷分析90位玩家玩遊戲前後的價值觀改變，發現這類遊戲能較輕鬆而更貼近生活的方式，喚起大家對社會議題的重視。

有趣的作品太多實在寫不下，對其他專題作品有興趣的讀者可以上科教館的網站看更多歷年的得獎作品。