生活與應用科學科(一)科

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。

本研究利用開發板Micro:bit與拉張結構，製作可自動平衡的桌子。我們依桿弦相對位置，將拉張結構分為兩種，並且探討這兩種拉張結構的平衡與承重力。依照結構承重能力均勻與否以及結構是否容易達成平衡，採用型二拉張結構(指弦在上面，以桿支撐整個拉張結構)為自動平衡桌的主體。自動機電控制的程式部分採用決策樹的邏輯策略取代數學上的繁雜運算，達到自動調整伸縮桿，取得桌面平衡，並期望可延伸到生活上相似環境下的應用。

自從2019年底開始爆發新冠肺炎疫情(COVID-19)以來，搶口罩的事件以及各式口罩的品質與醫療防護力問題引發社會關注。而臺灣醫療口罩品質之所以能夠獲得世界各國肯定的最大功臣就是口罩中間的熔噴不織布(聚丙烯PP)和其中的「靜電駐極」技術，將口罩過濾效果從30%~50%(聚丙烯-物理過濾)提升至95%~99%(靜電吸附加持)。 此研究主要目的在於探討如何比較靜電量的大小差異(鋁箔驗電器、保麗龍球、衛生紙碎)，還有如何有效的產生靜電(摩擦起電、電蚊拍尖端放電、范氏起電器)，以及將靜電量儲存於口罩內的熔噴不織布中。利用空氣質量檢測儀及自製的檢測箱來對照比較有無靜電的口罩防護性差異，採取簡單的方式有效提升一般性口罩與過期醫療口罩的過濾效果，進行相關實用性的探究。

最近看到媒體報導，住家火災發生時，因為無法逃生，常造成不可彌補的遺憾。我們猜想，若是校園中，一旦發生火警或地震，處於室內的師生，一瞬間湧向出口時，是否會因為出口前擺置的櫃子或桌子阻隔，導致疏散效率不佳，造成更大的傷亡？ 我們提出一個簡單的室內模型，看看在出口前，若是設有阻隔物，是否有助於人員的分流，進而提高疏散的效率，或者，出口前的阻隔物，反而會形成疏散時的阻礙，延緩逃生的效率？ 實驗發現，出口前若設置單一阻隔物，的確會增加疏散的時間，雖然延緩的時間有限，但對於逃生來說，每一秒鐘都是珍貴的。因此，現實生活中的教室，在出口門前，應該儘量保持淨空，以因應緊急逃生的狀況。

我們實驗得知影響聽音辨位因素有：使用塑膠材質的、要有深度、口徑不能太大、頻率不同與，集音器圓大小均會影響收音。 1.實驗證明音頻分析器能幫助篩檢特定音頻的聲音也能降低環境其他頻率的聲音干擾。 2.使用聲音感器、音頻分析器加上馬達，能偵測左右聲道音量大小，讓設備轉向音量較大的一方，達到定位的效果。 3.利用伺服馬達知道轉向的角度和三角函數推出距離。 未來我們應用戶外遊戲區定位於小孩或寵物的所在位置，也可以利用特殊救難用途。

工廠所排放至河川中的工業廢水會對我們身體健康造成危害。本研究是提出一款具備自動替換濾心功能並結合IoT概念的濾水裝置，本設備是從化學、硬體與軟體三個面向進行整合。首先我們以具備高孔洞性的海藻酸鈉晶球，固化可用於吸附重金屬離子的吸附劑-幾丁聚醣[1]，製作出一款適配於我們濾水裝置的濾心，能在軟硬體兼備下藉EDTA脫附而達到自動替換濾心的功能。本設備崁入具高度自動化的程式，能在無人操作情況下，實現自動監測及水質分析，此外，以簡單可視化的網頁的方式呈現給使用者瀏覽。本設備的硬體則是與軟體搭配而成的高客製化成品，相較於目前市面上的現成硬體，擁有更小的體積及更低廉的價格，且能針對本研究的需求，作到最佳化的設計。

近年來因為COVID-19緣故，學生線上學習的比例提高，但礙於疫情無法頻繁至眼科做視力追蹤，故本研究利用Yolov3建立可辨識手勢的AI模型，並結合視力量測規則，研發出無人協助即可達成即時量測視力的人工智慧系統。 研究結果顯示，本系統所得之視力檢測值平均準確度可達96.645%，相較傳統量測視力之總誤差平均值僅有0.096，且每人次的量測時間僅需約五分鐘。完成檢測後，系統會自動將量測結果上傳至雲端資料庫，並可利用本研究設計的視力追蹤App進行視力變化查詢。 綜合上述，本研究可在一般家庭裡使用、紀錄及追蹤視力變化，未來更期許可進一步配合使用在醫療診所或學校，協助醫護人員量測視力，減輕醫護人員的工作量。

我們對於製作平面薄型喇叭單體產生興趣，在詢問老師後發現，大多數研究喇叭的文獻都是以音箱的探討為主，對於單體的著墨實在不多，也讓我們在設計實驗時產生許多困難，在困難一一排除以及實驗進行後，我們分別探討了單體中線圈的纏繞規格與方式、外部磁力以及振膜材質等因素得到以下結論：最佳的喇叭單體配置包含，喇叭線圈最佳配置：第一選擇為26號鍍銀線、匝數45圈、中心直徑0.4 cm、線材間距1 mm；第二選擇為27號漆包線、匝數45圈、中心直徑0.4 cm、線材間距1 mm。其餘組成最佳配置：磁鐵三顆、喇叭與磁鐵距離1 cm、振膜為紅色絕緣膠布。

本研究利用藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy, BLE）裝置、Arduino IDE程式、ESP32微控制器等，製作一套室內定位裝置，如家中為四房，只需一主機、四偵測器，利用家中的網路孔連接，就可以藉由主機知道家中成員的所在位置，萬一他（牠）們進入危險區域時，會發送LINE訊息及警示音，提醒使用者。

創作爬樓梯機器人時，我們先進行校園樓梯實測，發現學校樓梯高度介於13~ 17.7 cm，材質也不一樣，小組決定以學校數量最多的樓梯尺寸為基準，進行實驗。查詢市面上爬樓梯機器人的構造，發現車子的電力、扭力要夠大，輪子形狀至少3個輻條以上，前後輪的車軸距離要在兩個階梯的斜邊頂點以上，接觸點的摩擦力要足夠，才能避免下滑。 因此，小組決定將爬樓梯機器人原型設計成車子的結構，讓輪子能與地面有較多的接觸點，上方也可以載物，讓實用性提高。結果發現最佳組合： 1.車身設計：山型車身、彎曲角度130度。 2.車輪大小：車輪直徑＞樓梯高度1.5 cm以上。 3.車軸設計：輪距前寬後寬、軸距＞樓梯斜邊長+前輪直徑。 4.載重位置：身體前上方，靠近馬達10 cm處。