生活與應用科學科(一)科

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。

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。

本研究欲探究迴力鏢的飛行能力與迴力效果，並將其飛行能力區分為：滯空時間與飛行距離兩項。我們的研究發現：影響迴力鏢滯空時間、飛行距離、迴力效果，最重要的因素是「重量」、「翼面長度」、「翼面夾角」：「重量」越重，「翼面夾角」為90度時，迴力鏢的滯空時間、飛行距離、迴力效果越佳；「翼面長度」越短、「翼面重量」越重，則迴力鏢的滯空時間、飛行距離、迴力效果越佳；「翼面寬度」越寬、「翼面長寬比」比值越小，則迴力鏢的飛行距離越遠；而迴力鏢外型對迴力鏢的飛行能力、迴力效果沒有顯著影響，但V型迴力鏢是飛行能力、迴力效果最差的迴力鏢。由此可知：重量越重、翼面長度越短、翼面重量愈重的迴力鏢，其飛行能力與迴力效果最佳。

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。

本研究主要是希望將「無紙袋吸塵器」之除塵技術應用在室內空氣清淨之上。 首先，選定PM2.5為空氣汙染檢測標的。然後，利用電腦課學習之Arduino套件，編寫程式並組裝SHARP PM2.5感測器。 接著，探討無紙袋吸塵器之除塵原理，並改良結構以應用於空氣清淨。 研究發現：設計良好之「氣旋除塵筒」，確實有很好的清除PM2.5效率。清除PM2.5效率良好的氣旋除塵筒：1.能產生結構札實的氣旋結構、2.直式比橫式效率高、3.加長氣旋除塵筒長度能夠增加清除效率、4.抽氣孔與進入室內空氣孔分開，並將抽氣孔位於側邊可以增進清除效率、5.增加風扇風力也可以增加清除PM2.5的效率。

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)。

為了改善寵物用水的問題，提高寵物飲用水的安全性、貼近使用者的生活方式及設備零件的替換性，我們結合了大氣壓力原理與電子科技，加入智慧判斷與殺菌裝置。我們第一代飲水機雖然能持續供水，卻無法保證飲用水的潔淨度，故在設計第二代時，加裝了紫外線殺菌燈及超音波距離感測來避免紫外線燈傷害。實測時，由於有些寵物的速度較快，超音波感測的距離太短，於是又設計了第三代紅外線偵測，使其距離增加到100公分，以達到實際使用安全，並且改用3D列印設計產品，避免被水潑濺與被寵物拉扯的狀況。為了更加貼近人性化，經過問卷調查後，在第三代上加裝飲水量計算、掀蓋設計和UPS不斷電系統，使我們的寵物飲水機更加符合寵物及飼主的需求。

用保麗龍為材料，建立同樣乘載面積的正四角柱、正六角柱以及正八角柱，以拉扯頂部測量各施力時的位移程度，並以樑對樑和角對角的兩種施力方向施於兩模型上，釋放時的晃動做為模擬地震時房屋的搖晃，實驗記錄拉扯釋放後至模型平衡不晃動的時間、晃動的緩衝幅度，以及觀測在哪一施力程度或實施的第幾次造成模型的結構損壞，用於檢測結構的耐震、耐久度。

傳統藍染，染個深藍的布，要反覆浸染洗個二、三十次才行，而每一次的洗滌，都是藍水對環境的污染！ 我們設計的鑑色儀，光敏電阻吸光儀使各色光照射比色管溶液，讓光敏電阻感光後，測量串接的電阻分電壓大小，可製作檢量線定量染液濃度；染布鑑色儀則是以GY-33顏色感測器校正後，測出同區塊面積的色布RGB值，再以線上顏色代碼轉換工具，轉換成HSB 值來分析染布顏色。 我們創新研究出藍染水車的動力機構，不僅可比較出不同水位、負載物的氧化還原轉速，也成功的加入順逆轉軸之動力輪替，解決長巾藍染不易的問題。 非接觸式的光遮斷感測器精準量測水車運轉時間、簡單比較增加風速或溫度可加速氧化之定色等，讓精準快速的藍染文化成為可能。

本研究建構一套「校園安全AI防蚊管制系統」，內容包括：(一)防蚊物資監測模組，利用電子天平結合市售的自動噴霧機裝置，可讓人員獲知且適時補充。(二) 開發智能捕蚊燈，利用蚊蟲對光的趨性來誘捕病媒蚊，經實測後發現，可見光中以紫燈且閃爍時間一直亮的捕蚊效果最佳，最佳補蚊高度為離地180 cm，並依功能發展出光感測與自動定時的複合式捕蚊燈。最後執行遠端操控並上傳盒底捕蚊的即時影像，並結合AI蚊蟲辨識找到病媒蚊。(三)積水容器辨識的模組，以無線智慧網結合AI影像辨識，協助判斷校園中可能的積水容器，並藉由LINE通知。(四)開發專屬的APP，整合操作界面，方便使用。我們期待能由校園做起，建立這套防蚊監測網，一起維護師生的安全。