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生活與應用科學科(一)科

無限「恣」萬花筒

四年級自然課第一次接觸到萬花筒,覺得很好奇;五年級暑假的科學營,開始探究萬花筒。仔細觀察後發現:萬花筒可以千變萬化的機制是:受重力作用而隨機變化的物件與無限反射的鏡片組。柱狀萬花筒:鏡片數為2時,夾角越小成像數越多、越趨近圓形;鏡片數為3、4、6時,能形成完整成像,有無限延伸的視覺效果;鏡片數為8、9、10、12時,成像類似花蕊和花瓣的效果。塔型萬花筒的成像有球體浮凸效果,斜邊越傾斜,球形成像越浮凸,徑長越短;搭配偏光片和膠帶為物件時,會產生與本體不同的繽紛色彩。 最後我們根據研究結果研發出魅力四射、滾動星球、光之花等特色萬花筒,其中炫光寶石萬花筒與機電整合成聲控變色小夜燈。

哈士奇撿球 - AI辨識撿取乒乓球自走滾筒

本研究目的在於開發一款能夠自動撿取乒乓球的類掃地機器人,針對以下變項進行實驗研究,並歸納出最佳的製作要素: 一、 滾筒篩選繩使用5mm線徑的彈力繩 二、 滾筒篩選繩中心到中心的間距為40mm 三、 滾筒篩選繩中心距離地面的高度為10 mm 四、 推動輪速度設定為PWM=80 五、 感測器偵測的距離設定為42公分 六、 讀取HUSKYLENS辨識框中心的X座標,導正推動輪方向。 最後運用 Arduino 整合 AI 影像辨識技術、馬達驅動模組、超音波感測,撰寫程式讓乒乓球撿球滾筒判斷乒乓球並導正方向,製作出可自動撿取乒乓球的類掃地機器人。

偵藏不漏­­—漏水偵測與雲端即時接收系統

近年台灣漏水問題頻繁,每滴水都格外珍貴。我們無法解決水管破裂造成的漏水,但是我們可以改善校園中常有人忘記關水龍頭或漏水未維修的情況,減少水資源嚴重的浪費。 本實驗使用Web:Bit開發板連接電腦偵測到的數據,發現漏水偵測電極的材質與結構都會影響偵測漏水的敏銳度,透過塑膠片磨砂處理與選擇黏貼間距適中的銀箔導電膠帶效果最為良好,以此條件進行實際水龍頭漏水實驗,Web:Bit會將漏水感測之結果傳送至LINE,可即時警示回報,進而得以改善或維修。 本研究已達成有效偵測漏水,利用Web:Bit將漏水感測之結果傳送至Google試算表,可以長期記錄學校各點之用水狀況,透過大數據分析學生用水習性,希望未來此裝置能廣泛應用於各場所,為節能減碳永續環境盡一份心力。

運用Arduino控制Scratch—為身心障礙兒童打造手眼協調和專注力訓練的體感遊戲

本研究針對身心障礙兒童設計具有趣味性、能練習不同動作的體感遊戲進行訓練。並致力確保這方案的順暢和可行性,改正軟硬體缺失,簡化製作流程,讓有需求的人能輕鬆複製、修改,發展更多有創意的輔具,幫助身心障礙兒童。 體感遊戲以Arduino搭配感測器,發送鍵盤指令控制Scratch。其中「切水果遊戲」利用超音波偵測手勢模擬切水果,訓練手部粗大動作;「瘋狂俯衝遊戲」運用傾斜陀螺儀和轉動光柵控制飛機方向和速度,搭配ESP32藍芽無線控制,訓練手腕、手指精細動作。 進行「轉移積木測試」評估,手眼協調和專注力較前測進步7%~56%。對兒童,這不是枯燥輔具練習,而是遊戲挑戰,受測者更有信心且樂於訓練,全程充滿歡笑。

造橋大師!(義大利麵線橋)

利用家中常見「義大利麵」進行一系列「造橋大師--義大利麵線橋實驗」,看看「義大利麵線橋-樑柱材質」、「義大利麵線橋-樑柱粗度」、「義大利麵線橋-橋樑距離」、「義大利麵線橋--底橋間隔」、「義大利麵線橋--橋墩避震種類」、「義大利麵線橋-椼橋結構」等方向研究,可以讓「造橋大師--義大利麵線橋」成為負重之最佳組合。

就是那個光_自製光波捕蚊機

最近登革熱全台大流行。班上蚊子很多,同學帶光觸媒捕蚊燈來學校,效果很好,放置一晚上,就可以捕獲很多蚊子。於是各種捕蚊工具如雨後春筍般的崛起,其中光觸媒捕蚊燈是利用特殊波長的紫外光來吸引蚊子,當蚊子靠近時,就用風扇將蚊子吸入。經本組深入研究後,製作出成本低廉、捕蚊效果極佳的UV光捕蚊機。整組成本約100元,裝置設計簡易,可快速取出誘捕的蚊蟲,有利於後續相關研究的進行。 為提升捕蚊效果,特別針對不同色光波長、裝置外觀顏色、氣味、溫濕度等因素設計實驗進行探討。實驗結果顯示,蚊子喜歡波長375-380nm的UV光、黑暗、紅色可見光與黑色外觀的裝置。且本組自製的光波捕蚊裝置,能有效減少病媒蚊的數量,對於登革熱的防治有顯著的功效。

西瓜鮮不鮮?熟不熟?手機告訴你!

夏日經常看到市場的阿公阿嬤在拍瓜聽音選瓜,令人疑惑拍西瓜真可選中好吃的西瓜嗎?正巧六年級的自然課中學到音叉敲擊時的聲音振動及頻率高低關係,引發我們的聯想:可以應用AI人工智慧的聲音辨識技術來正確辨識西瓜的新鮮/成熟度 ,甚至利用手機 App進行有效判別嗎? 本研究中發現: 1) 不同位置的果肉,甜度也會有所不同;不論大小顆,西瓜中心果肉是最甜的部份;2)西瓜的密度與西瓜甜度無明顯相關;3)冬天西瓜放置兩週(成熟)可能達到最佳甜度,放置四週(過熟)甜度則大幅降低 。 本研究有兩項設計:1)製作一款固定敲擊力量的敲擊器;2)全國首創西瓜新鮮/成熟度辨識App,可以讓消費者方便地用手機即可挑選成熟好吃又甜的西瓜,這是本研究最大貢獻。

神奇魔法牆-尋找最佳氣泡牆模型

近年河川或海上塑膠垃圾與油汙對環境造成傷害,解決環境污染備受重視。近期荷蘭用-大氣泡屏障,成功將塑膠垃圾阻攔,因此我們興起了「尋找最佳氣泡牆模型」。本研究目的為:分析「氣泡牆形狀、氣泡間隔以及氣泡大小」是否影響攔阻效果。結果發現:1.凹向水源300弧線氣泡牆攔阻效果最佳;2.氣泡越小間距越小,攔阻效果越好,此與荷蘭研究員論點相呼應;3.相較於形狀固定的塑膠垃圾,形狀會變的油汙較難攔阻;4.具厚度氣泡牆,攔阻效果更勝多道獨立的氣泡牆;5.「緊鄰的兩道300弧線氣泡牆」的攔阻效果是目前我們所做的模型中效果最好的。因此我們建議,未來在實際運用氣泡牆攔阻汙染源時,可採用此模式解決環境污染問題。

智慧桌球練習機:以Arduino為核心之創新設計

本研究主要是以Arduino為核心,製造出穩定度高且能自由開發各種智慧練球功能的桌球練習機。我從小喜歡動手拆裝機器和寫電腦程式,我的好朋友是桌球校隊,他希望擁有一台自己的桌球練習機,但是市售機器很貴,於是引發我的製作靈感。我以Arduino控制無刷馬達和伺服馬達閘門,使用 3D列印製作機身,再以手機藍牙App控制練習機,能發出不同速度的直球以及左右旋球,最後我加入腳架旋轉Arduino套件、人臉辨識及智慧練球模式(發遠身球及隨機出球功能)。穩定度的測試結果顯示:直球落點和左、右旋球皆穩定;選手測試心得都覺得新奇有趣。本研究的特點是首創智慧練球功能,兼具模組化、快速組裝、輕便、便宜、發球穩定的優點,可作為桌球校隊訓練設備。

不倒翁關東旗

本研究是從槓桿原理來探究立旗傾倒的原因,進而改良立旗設計,使它更加穩固。 市面上通常是用加重旗座重量(增加抗力)來改善立旗傾倒狀況,結果反而使立旗難以搬動。我們的研究是從「旗面」、「旗桿」、「旗座」三方面來探究,從結果中提出建議與改良: 1.旗面上加孔洞與尾鬚減少風對旗面的施力。 2.旗桿上縮短長度減少風的施力臂,加上軸承使旗桿快速轉向,減少旗面的受力。 3.旗座加入平面軸承(旋轉盤),避免旗座因傾斜旋轉而翻倒,並將旗座重量加在外圍,增 加旗座的抗力臂。 新式立旗在六段風速中,只要原始版旗座重量的41%就可穩定不倒,我們的新式立旗可大幅降低旗座重量且更穩定,改善傳統立旗的問題。