全國中小學科展

生活與應用科學科(一)科

「燒」縱即「視」—家用體溫監測系統

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。

淨塑小子-智慧家用洗衣機塑膠微粒清除系統設計之研究

觀察家中排出汙水中,近80萬條塑膠微粒來自洗衣間家用洗衣機。淨塑槽及鐵磁流體攪拌槽為滴濾式及攪拌式設計,組成家用洗衣機智慧塑膠微粒清除系統,濾網組使用物理性過濾攔截0.058mm以上的塑膠微粒,透過鐵磁流體攪拌器去除0.058mm以下塑膠微粒,八爪型攪拌槳大旋轉體積對於鐵磁流體與排水的混和均勻度最好,磁鐵與攪拌槳分離容易更換材料並便於進行鐵磁流體回收。Arduino掌控智慧節能系統及物聯網的運作,提供手機運作資訊,圖像式語言易於撰寫,透過伺服馬達轉動連結兩套系統,建構一套遠端監控智能運作的塑膠微粒清除系統,5分鐘可完成1.3公升之汙水清潔,聚酯纖維、尼龍、聚丙烯有接近100%的清除率。

搶救生命大作戰- AI姿態辨識在智慧型高品質CPR訓練引導式教學輔具系統設計之研究

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。

惜食新選擇 — 打造零浪費午餐剩食地圖系統

本研究因應生活中觀察到學校營養午餐有許多剩飯剩菜問題,期待能讓食物在倒進廚餘桶前發揮終極價值,結合聯合國「2030永續發展目標(SDGs)」第二項「消除飢餓」的願景,設計一款在班級裡就可以知道哪裡有剩餘營養午餐剩食的「午餐剩食地圖系統」。首先,將裝有食物午餐菜盆放置在HX711秤重感測器設備上,再連接物聯網開發板ESP32;接著,以BlocklyDuinoF2編輯可連接Google試算表和Line群組的積木程式,透過無線wifi在特定時間內收集重量數據回傳到Google試算表、Line群組和Dashboard長條圖,讓大家能夠知道哪個班級還有午餐剩食可以取用,並知道班級已食用菜量與營養素含量,我們期待珍惜食物、減少剩食從校園開始,讓「午餐剩食地圖系統」成為校園午餐必備的惜食新選擇。

新型輪椅輪胎發想與應用研究初探

生活中,常常會遇到身障者坐著輪椅十分不便,並非每一個樓梯旁都有無障礙坡道。本次研究主要為發想新型輪椅輪胎,利用彈簧製作輪軸避震器將輪子內部結構進行改裝,使其能夠適應高低差地形,藉由避震器受力產生壓縮變形的特性,使輪胎在碰到樓梯等障礙物時能夠產生形變,以致於輪椅乘坐者能夠用更省力且有效率的方式爬上樓梯,這次研究會針對新型輪胎在爬上樓梯時的穩定度表現以及動力傳遞上進行檢測。實驗發現新型輪胎雖然在平地行走時整體動力傳遞效率較傳統輪胎來的差,但在克服地形障礙時不論穩定度與安全性皆較傳統輪胎來的佳。並期待能夠應用在輪椅上,使身障者不必倚靠無障礙坡道即可輕易克服階梯障礙,省去尋找與移動上的麻煩。

自動太陽黑子觀測儀

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。

Rangay-致命的衝擊力-泰雅重壓陷阱探討

Rangay是泰雅族的傳統重壓陷阱。泰雅獵人在Rangay陷阱機關中,為了使陷阱運作,運用許多巧思。而為了增加Rangay陷阱捕獲動物的機會,安置陷阱時,用了些物理原理來增加陷阱的殺傷力。我們就Rangay陷阱儲存殺傷力的科學原理重力位能開始探討,觸動機關後的衝擊力及能量釋放也都成為我們探討的主題。過程中我們認識了祖先流傳下來蘊藏在Rangay陷阱中的科學智慧。實驗研究後,我們對生活中的某些現象,也能以相關的物理科學原理來解釋。甚至在語文領域,也發現了與物理科學原理相對應的語彙。我們也利用實驗結果學習到的物理原理,對Rangay陷阱裝設做了些許微調。這是一次收穫豐富的學習,也讓我們更進一步的體會泰雅族的生活智慧。

救從這裡來-圖像式避讓裝置效能之研究

我們曾在新聞上看到聽障駕駛因阻擋救護車的路線而遭到開罰,雖非故意,卻也可能造成嚴重的損害。且現在的車室密閉性高隔音效果佳,若音樂播放聲量過大,駕駛人可能因此忽略救援車輛駛近,造成擋道的情形。本裝置是透過偵測救護車警笛所發出的特定音頻,來判斷是否有救護車駛近。輔以AI鏡頭的視覺辨識功能,自動判斷救護車與本車的距離、來向。並透過圖像式的警示標誌提醒駕駛者有救護車駛近,並提示避讓方向。期望能藉著電子化的偵測和圖形化的提醒,讓救護車更有效率的通過車陣。未來也希望能結合自動駕駛系統,增進道路安全,提高救援效率。

3D指尖陀螺離心機

在準備科展主題時,發現有團隊利用指尖陀螺來進行離心分離及分析,進一步搜尋發現,有大學團隊利用紙片做成離心機,在非洲協助落後地區進行醫療方面的協助,我們嘗試結合指尖陀螺及離心機的概念,希望完成可以高速、穩定且長時間轉動的離心機,解決離心機高價且必須接通電源的問題,在實驗設計上,先使用磁鐵製造磁場讓指尖陀螺轉動,接著利用線圈及直流電源製作電磁鐵,結合磁簧開關,讓指尖陀螺轉動,找到電流磁場較佳條件後,為了解決指尖陀螺外型及構造不同的問題,列用3D列印製作指尖陀螺,完成最後實驗裝置後,結合3D列印指尖陀螺,電磁效應與磁簧開關,進行離心分離測試,希望未來可以繼續研究,讓實驗裝置更具有效性及可行性。

追光者

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。