工程學科(一)科

目前教學界對於實驗的重視度提高，但由於市面上的分光光度計本身過於昂貴，導致許多校園無法提供資源，為了讓學生以不影響實驗及金錢的前提下，本研究以Arduino取代，搭配3D列印製造出分光光度計，以不同顏色的光，相異波長的透光性測出細菌的數量，將得到的數值對比市面上分光光度計所測得的數據，以辨識出哪一種波長最適合用來檢測。 主題上大致分為研究與與實驗兩個部分:(一)研究如何使用Arduino微控制器和CJMCU101光感測器組裝出分光光度計;(二)培養大腸桿菌，作為實驗對象再以相異顏色的光照射，並將實驗結果與市面上的分光光度計的數據相比對。而經由實驗結果所得的數據對比可以得知，我們所製造的儀器可以一定程度上的取代市售的分光光度計。

竹蜻蜓是適合親子共玩的童玩，從2篇中小學科展關於竹蜻蜓的研究中我們發現：以往製作竹蜻蜓的過程不夠精確，很難控制變因，且徒手拉繩的數據不盡客觀。 因此，我們開發各式模具並設計發射器，製作各式的竹蜻蜓。因為竹材有具韌性、易取得、易加工等優點，且同學只需研習3小時，即可製作出竹蜻蜓，非常適合高中生探究與實作課程。 我們以強韌不易變形的空心碳纖維管作轉軸，插入細鐵絲，以微調竹蜻蜓重量，並設計竹蜻蜓旋翼模具，可依需要微調旋翼的角度，大量複製規格一致的旋翼，使實驗結果具有再製性。此外，為模擬手搓起飛竹蜻蜓，我們製作可固定拉力的「竹蜻蜓發射平台」，得出較可靠的數據，不但可作為鄉土教材，也是直升機旋翼的初始研究。

水蒸氣冷卻凝結是常識，乾冰吸熱讓液態水冷卻也是常識，因此，順理成章的推測乾冰生成煙霧的原因是冷卻空氣中的水蒸氣，原是非常合理的推論。但是，將乾冰放在空氣中，僅會產生少量的煙霧，而在液態水中卻產生大量煙霧，故推測乾冰放入水中時，大部分煙霧的生成應來自液態水而非空氣。問題是乾冰放入水中後，使水溫下降時，為何能使液態水汽化為水蒸氣，水蒸氣又是如何凝結成小水滴的呢? 同時，若將水換成其他溶劑時，是否能能生成煙霧，煙霧效果差異為何呢?在不同溫度，不同溶劑量，或在水中加入不同溶質時，又會如何? 因此我們設計了一系列的實驗，探討各種不同的變因，企圖由實驗結果建立正確的理論，並依理論設計出可運行冷霧機的模型。

現今的加工產業逐漸朝向微小加工，在目前有屑加工過程中，會使用切削劑來冷卻及潤滑刀具及工件為其優點，然而切削劑在使用時，其切屑易黏致於加工表面及刀具上，再加工會造成刀具壽命降低和加工面表面粗糙度不佳以及環境的汙染。 本實驗是利用渦流管的原理及其製冷的特性應用在CNC銑床加工，來取代加工時使用之切削劑。首先，本研究設計不同的材質、噴嘴、孔板及渦流管長度等參數，探討其製冷效果，研究發現材料以鋁材、噴嘴及孔板數為5個及渦流管長度200mm有最佳之製冷效果。 在現今綠能意識高漲及加工微小化的工業，渦流管將是未來工業科技中的一部分。

台灣已經邁入高齡社會，隨著年齡的增長，身體的抵抗力逐漸下降，各種疾病會找上門來，跌倒是老人死亡的高風險因子，適當的輔具使用 ( 拐杖、助行器甚至輪椅 )與居家安全與無障礙空間( 如防滑地板與走廊扶手 ) 的規劃可以減少跌倒之風險，所以我們使用微控制器來製作超音波感測，光敏照明，心跳監測以及GPS定位系統，把這些輔助的功能合併在我們的智慧拐杖上，那就不僅讓拐杖只有支撐攙扶的作用了，讓老人家外出時，碰到障礙物能夠進行閃避，晚上光線不佳枴杖有照明的作用，也能夠隨時監控老人家的心跳頻率，並且讓家人能夠在網路上隨時看到老人目前的心跳狀況，若是發生意外，那就可以用GPS定位系統即時找出老人家目前的位置了。

一般地下室或公共空間，為防止火災的發生，都會安裝有自動灑水(或另加泡沫)系統，當遇到火災發生初期時，如現場有人發現後，可由人工方式，即時開啟該區塊設於牆壁上的手動啟動閥門開關，該區塊的消防主水管一齊開放閥閥門會打開，主水管內的壓力水會經灑水頭噴出，主水管內的水壓下降，會促使控制室內的壓力開關動作，或主水管的水流會促使水流偵測器動作，使得控制抽水機馬達啟動，繼續將水槽內的水送出，到灑水頭噴出滅火；如無人即時發現火災時，等火勢起來後，現場處於高溫或煙霧濔漫後，一般會安裝有溫度感測爆破型玻璃球閥，由玻璃球閥爆破代替手動啟動閥門開關，促使一齊開放閥閥門打開滅火，這些是常見的火災自動灑水系統的運作模式。

本研究目的在建立農田自動化遠端監控警示系統： 1. 利用感測器測得環境狀況，當數值超出警戒範圍，自動作出應對措施(例如灑水)調節環境 2. 手持裝置遠端顯示測得數值，並作出歷史趨勢圖，當數值超出警戒值時發出警示 3. 雲端同步儲存測得環境數值 4. 測得環境數值進行迴歸分析，預測未來變化趨勢 以「低成本」、「操作簡便」為方向，使用Arduino裝置檢測作物環境的「土壤濕度」「光照度」、「空氣溫濕度」和「pH值」﹔Google表單儲存測得數值﹔應用程式Blynk即時監控警示；使用迴歸分析，做出趨勢預測。預期此系統可提升農夫工作效率，降低成本。

本研究運用氣動肌肉缸模擬手臂之控制，藉由仿照人體肌肉與骨骼建構人形機器人的手臂運作。製作氣動肌肉缸，探討不同長度及材質，充氣量及伸縮量的關係，測試氣動肌肉缸最佳的運作效果。3D列印肱、肘部的骨骼模型，參考韌帶、肌腱及肌肉的實際組成，運用彈力繩仿製韌帶，利用柔性材質TPC列印肌腱配合束帶固定氣動肌肉缸固定肱二頭肌、肱三頭肌及其他肌肉，動力採用單一幫浦模仿人類單一心臟的運作模式，透過程式控制電磁閥的充氣、放氣及堵氣，確實建立一個可以執行數種上臂動作的仿生人體手臂。未來，追加更多手臂上的肌肉，讓我們的手臂能有更多的控制方向，並且結合機械學習與影像辨識，以因應更複雜的仿生控制。

太空探索日漸發達，夜空中的亮點不再只是單純的遠方恆星，也有可能是火箭、衛星或飛機等，以肉眼遠望夜空時經常會出現將星體與上述物體混淆的情形。若要更深入觀察及追蹤那些亮點，大多依靠望遠鏡和赤道儀的輔助，其中傳統赤道儀使用方法多為手動操作，本研究希望將這些手動的部分全部改為自動的模式，使其在使用上更為方便。 為使機器達到全自動，本次研究是以Arduino平台作為核心，結合步進馬達、九軸感測器、全球衛星定位模組及相機仿造著赤道儀製作出的全自動追星儀，而程式方面則是藉由方位角以及高度角的公式推導來找出正確的物體位置並以適當的轉動速度追蹤該物體，讓使用者不再需要手動操作儀器，體驗更便利的觀測方法並擁有舒適的夜觀生活。

本研究透過ROS(機器人運作系統)實作一個能自由探勘且進行SLAM (同步定位及地圖構建)，且使用自身建構出的地圖進行導航任務之機器人系統。將探勘與定位領域結合，機器人便可以在面對完全未知的環境有一套應對措施。利用ROS機體與程式軟體分離的優點，本研究開發出的系統可以運用於任何能安裝ROS或與ROS連結之機體，供各式各樣的服務做為一系統性的路徑規劃器及運動基座。並探討此系統擅長及較不適用的環境，呈現目前機器人系統的運作能力。而日後在各區塊的技術精進，都能分別套用在此系統上，而不需要重新建構整個架構。