生活與應用科學科(一)科

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。

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。

本研究目標旨在完成多人合奏、原音重現的自製樂器，透過Arduino作為傳遞訊號的中介，並以電腦對應輸出不同樂器的實際音色。在系統架構上，我們利用Arduino的類比訊號，讀取電壓值轉換成字串對應音階，實際錄製我們想要的樂音建立音源資料庫，以視覺化圖形輔助音階表現，隨時對設備進行調整，完成撥放系統的模組。實驗過程中，我們測試了兩個世代的訊號傳輸系統，最終以分壓原理為知識架構，焊接可變電阻，形成有效、穩定的訊號傳輸。其次，以生活上的紙箱素材、Cat6雙絞銅線、鋁箔紙自製耐受恢復力高、導電性高的琴鍵結構。最終，透過以上的研究歷程製作出虛實整合的電音樂團(BAND)。

本研究利用電磁線圈作為動能，改善市售發球機馬達易過熱的缺點 ，所 製作的乒乓發射器具有 低成本、體積小、方便攜帶及智慧訓練等功能性，分成兩大部分： 一、機電系統：利用電流磁效應原理進行實踐，改變不同變因測試，找尋對應落點之最佳參數。另外利用手機 APP程式搭配Arduino撰寫，達成不同球路變化的無線控制。 二、智慧訓練：利用Arduino結合python程式建立專家系統，在訓練選手前，先進行前測，再依不同程度給予對應訓練等級，系統可依照受試者的進步而精進。 本實驗亦在半球桌的回擊落點處放置壓電片及LED燈條以接收撞擊訊號，過程中可即時顯示擊球落點位置、力道大小及計算成功率，並根據AI大數據矯正受試者錯誤姿勢，期望使受試者獲得更有效的訓練成效。

本研究使用電腦模擬藥物的對接技術，快速有效的預測新冠肺炎病毒潛力防護精油。第ㄧ階段研究依據化學分子分類蒐集82種精油成份，建立分子結構資料集與新冠肺炎病毒蛋白和人類受體蛋白ACE2共11種蛋白質結構資料集，使用AutoDock Vina 分子模擬對接技術，計算對接能量數值及溫度圖，預測潛力防護精油成分，並探討預測成效。根據對接結果數值，並與目前已發表研究成果交叉比對，預測效果達80%。因此第二階段以30種台灣常見精油之主要成分擴充精油分子資料集，進行分子模擬對接計算，預測具新冠病毒防護力的潛力常見精油。本次科展研究結果所得的潛力防護精油，不僅具深入研究價值，也為後疫情時代提供具高度參考性的生活防疫方式，用以保護我們身邊所愛的家人。

聲音可視化可以協助患有聽覺障礙人士把聲音轉化為看得見。本研究先了解直立薄膜因為光干涉出現的色彩變化原因與特徵，做聲音視覺化的初步探究；再以OnLine Tone Generator軟體輸出正弦波音階與鋼琴音階振動薄膜，分析聲音振動後薄膜顏色的色階RGB數值變化，做為聲音可視化的進一步探究。經由探究文獻與本研究結果，聲音振動肥皂薄膜要達成可視化，我們研究出可以下列條件比對驗證：聲音振動使薄膜外觀顏色出現複雜變化、精細化但可區透過色階RGB分別差異，可重複驗證結果且幾乎無差異，隨頻率改變外觀顏色一起改變。最後我們應用鋼琴振動薄膜可視化圖形編輯小星星樂譜。

本研究主要探討如何製作出一臺智能刮水車，透過自製的車體連接刮刀，使用拉伸彈簧連接刮刀與車體，提供路面高低時的緩衝，與刮水時的拉力。經過實驗證明，使用雨刷搭配1 kg的彈簧拉力可以將積水刮開621公分，透過自製積水感測器，可以感測車輛是否通過積水，感測器安裝在刮刀前方，能有效的了解刮刀內是否有還有積水，搭配刮刀升降系統，在有積水時放下刮刀，在車輛行駛時刮刀上升，將刮刀摩擦力影響降到最小。透過電子羅盤定位籃球場的方位角度，自動修正刮水車前進偏移的問題，搭配量測車輛速率後，配合換算距離的方式，讓刮水車順利實現在籃球場上來回刮水的功能。

本實驗探討如何於居家環境中進行簡易廢熱利用，以達到節能目的—透過熱水降溫時所釋放出來廢熱，提高冷水溫度，並嘗試熱電效應將廢熱轉換成電能利用。 為了達到冷水溫度上升最多且所需時間最少的效果，我們嘗試許多實驗，最終發現利用保麗龍箱減少熱能散失，且使用少量水做為傳熱介質，再加上抽水馬達促進介質的循環效果最好，最高可在30分鐘內節省超過30%的能源。其他嘗試方法大多也能達到至少10%節能效果。若利用熱電效應回收廢熱，受限於熱電晶片現今技術，其回收效率不甚理想，最佳回收率僅約0.2%。 經以上實驗結果可知，在準備烹煮下一餐前，提早約30至90分鐘進行簡單廢熱利用，即有良好節能減碳效果，為環境盡一份心力。

發展太陽能源是世界趨勢，然而在地狹人稠的台灣，更突顯出太陽光電與人類自然之間的土地利用衝突。為了兼顧太陽能發電效能及土地利用多樣性，我們想到讓太陽能板由平舖式改為立體空間排列化身成太陽能樹，讓樹上方具有發電功能，樹下空間可供利用。 為求最佳發電效能，本研究仿生七種植物葉片排列方式，模擬三個季節太陽仰角與方位角進行光照實驗發現：影響夏至太陽能樹受光面積表現在於太陽能樹俯視視角的葉片排列分散程度；影響春分和冬至則於側視視角的葉片排列分散程度。再以太陽日照量理論值計算各樹型發電量，最後我們找出輪生樹為受光面積及發電效能最佳樹型，以提供發展能兼顧太陽能發電效能及土地利用多樣性的太陽光電方向。

2019年COVID-19肆虐全球，老年人社交及運動頻率下滑。2023年本縣邁入超高齡社會，「下流老人」成社會隱憂！老人如何積極面對老化帶來生理、心理及社交變化呢？即便疫情也能有正常體能活動呢？本研究探討嘗試結合Google teachable machine及OpenPose的AI姿態辨識功能，透過Python編寫智能人機互動軟體，提高老人運動效率。除了生理積極抗老化，也希望心理、社交層面予以滿足。故，研究中結合華德福教育優律思美運動，藉由舞蹈、詩歌及優美旋律引導老人心靈、提升動機。最後以自覺量表來記錄運動強度，期望能建立正面積極的老化社會，AI智能將像天使銀翼讓奶奶能夠再次翱翔。