生活與應用科學科(一)科

本研究以CPR訓練模型輔具做為研究對象，根據專家說明CPR動作要正確純熟，除了依賴良好的教學輔具系統引導外，其功能上更需要有按壓姿勢的正確判斷，因此本研究藉助科技AI輔助，設計AI姿態辨識的智慧型高品質CPR訓練引導式教學輔具系統，經研究證實系統能逹到： 一、協助學習者熟練CPR的操作流程並解決訓練模型設計問題。 二、成功運用邊際運算功能提高AI辨識的速度。 三、拍肩反應、判斷按壓位置、深度更可利用壓力感測器及超音波感應器進行偵測。 四、能應用AI代替人類專家判斷按壓姿勢之正確性。 五、具專家模式且可獨立操作的CPR引導式教學輔具系統。 期望人人都能學到CPR正確操作技巧及爭取黃金復甦時間，搶救寶貴生命。

本作品自行開發組立氣體輔助彈性氣膜球實驗系統，並研製可調控之類複眼陣列結構母模具系列實驗設備，藉以複製出類昆蟲複眼之陣列微結構，並將其裝設於太陽能板上進行系統化的實驗，探討類昆蟲複眼之陣列微結構對太陽能板發電效率之影響。實驗過程中經探討不同實驗參數，對複製類複眼陣列透鏡成形性之影響(氣體壓力、週期、特徵尺寸等)，並找出對太陽能板發電效率最適合的結構條件。實驗結果顯示，類複眼陣列透鏡結構，其單一特徵形狀愈小、密度愈高(週期愈小)，其發電效率愈佳，本實驗條件下，發電效率最高可提升達7.86%，此外，本研究同時增能探討調控菲涅爾透鏡(Fresnells)聚焦方式，並獲得經最佳聚焦位置的獲得，將有助於對太陽能板發電效率提升。

因為市面上測溫工具都不具24小時連續自動偵測體溫及聯網功能，所以我們想用Arduino自製測溫裝置，且能遠端監控體溫情形、將發燒訊息傳送到相關人員的群組上。經過準確度、測溫速度兩個實驗，我們找到符合我們需要的兩種感測器，分別是接觸式的DS18B20和非接觸式的MLX90614，接著分別製作兩種感測器的架設裝置，接觸式的使用髮箍固定，非接觸式使用樂高來固定。並透過不同距離、溫度等實驗，最後得到最適擺放位置函數為D=2.85×R（D=感測器到水面的高度，R=容器半徑），利用motoblocky寫程式，Arduino esp32的聯網功能以及MQTT通訊協議等低成本甚至免費的資源，做出可在嬰兒發燒時，將訊息透過可亮燈響鈴的室內主機、以及line訊息通知兩種管道有效傳達給家長的裝置。

一般國小的自然課堂上都是使用市售的吸管製作排笛的笛管，但如果封口的填充物不對，要吹出有音階的聲音很難，實驗可操控的因素也有侷限性。本專題的構想是利用3D列印機來製作排笛的笛管，找出管長、管壁厚度、管徑、管形對聲音輸出的影響，並和傳統的國小自然課常使用的市售吸管製作的排笛做比較，再依據實驗的結果利用Scratch寫出一支程式，只要輸入想要製作的音頻，就能計算出3D列印笛管需要的長度及可行的管壁厚度、管徑和管形，最後再利用3D列印出一支有音階規律的排笛，透過它能演奏一首簡單的歌曲。

新冠病毒肆虐全球，也打亂各地人民生活。只有防疫做得好，才能讓生活恢復常軌。而校園正是防疫工作重要一環。我們利用物聯網開發出智能環境偵測網，結合AI技術，實施人臉口罩辨識；並運用Arduino模組，自動偵測人員識別證、體溫及手部酒精測量值。且能寫入資料庫，以取代紙本登錄更方便查詢。並開發專屬APP利於人員操作管理。我們透過實測驗證系統的可執行性，結果發現整體檢測準確率約為90.5%。而我們持續系統的優化與改良，包括即時語音提示、直覺化檢測介面、及檢測主機外盒的設計等。整個檢測系統建置成本僅需2,400元，而全部程式僅要0.5GB，利用隨身碟免安裝隨插即用，即可完成一個3A(AI、Arduino、APP)智能防疫系統。藉此達到安全智慧便利有效率的優質防疫校園。

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。

因covid-19防疫缺失，提出創新ㄧ站式IoT疫病徵兆(高溫)偵測管理系統，串聯“疫病時實調查、足跡完整分析、數據雲端化、大數據登錄、實名制管制、安全檢測、疫病偵測”，讓政府防疫於疫情發生時，即時獲得疫病偵測數據，不再依賴費力耗時的人工訪查，避免謊言與造假，提供完整足跡細節，提升防疫決策品質，保障人員安全，杜絕傳染擴散，運用於全球流行疫病資訊的搜集與應用。 此項創新技術透過全新設計的可身份辨識及無線傳輸測溫資料的IoT疫病徵兆(高溫)偵測管理系統，做為先進疫病資料蒐集平台，提供超遠距全自動測溫，建構雲端大數據鏈，即時數據檢視足跡分析，提供防疫單位研判社群感染風險評估，以利即時阻斷疫病擴散，完成有效防疫拯救生命。

看到校園屋頂的太陽能板，只能朝著單一方向接收陽光，但太陽會依據時間而改變移動路徑。若太陽能板能隨著日照路徑移動，則能增加日照時間與發電效果。本次研究是利用雲端試算表計算太陽角度與方位，再利用物聯網開發板操控馬達與液壓機構，調整太陽能板裝置的角度與方位，以達到自動追日的效果。過程利用問題解決模式進行研究，經過蒐集資料與不斷測試修正，歷經五代的實驗裝置，已製作出太陽能板自動追日裝置，並可實際操作。不同於使用光敏電阻偵測光源而移動裝置，本次研究裝置是不受環境光源影響，可精確對準太陽位置。因時間和成本有限，目前只能以小型太陽板測試，期待日後能製作出大型太陽能板追蹤裝置並增加綠能發電的效率。

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。

2021年全台瘋狂爭相目睹百年難得的天文奇觀-日環蝕，台東的池上及成功都是最佳觀測的地點，學校的社團配合大學科學教育中心所舉辦的活動，安排了觀測之旅，引發我們的研究興趣。我們為了製作太陽黑子觀測儀，從光學成像的原理，參考國內外設計案例，嘗試設計一個三角形的太陽黑子觀測儀，並利用生活科技所學的技能，一面實作與修正的把它製作出來。再利用經緯度資料與觀察時間等知道計算太陽的高度及方位，設計一個水平與垂直的機台，透過程式計算太陽方位角及高度角讓觀測儀可以對準太陽。最後利用攝影鏡頭可以記錄太陽黑子的觀測，並嘗試利用影像辨識的方法，對太陽軌跡進行追蹤：在太陽影像偏移時，自行調整角度，使太陽影像始終保持在正中間。