生活與應用科學科(一)科

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。

本實驗研究探討關於張拉整體結構運用在建築物結構的抗震應用，初步探究發現結構乘載過重時，結構體會因繩長變化，使得力平衡不穩定，導致結構體傾斜甚至斷裂坍塌，我們嘗試改善結構，讓此結構體達到更加穩固。張拉整體是一種懸吊平衡的結構裝置，因此也讓我們聯想其可運用在類似懸浮隔震結構的防震技術上，在初步設計上將拉繩結合彈簧，發現可以達到類似阻尼器的制震效果，因此我們進一步設計了一套懸浮抗震系統，系統結合物聯網技術，一邊能主動監測地震晃度，透過無線網路傳遞晃度訊息，一邊讓自主調控裝置依據晃度大小調整張拉整體平台使其回復到平衡狀態，經過地震模擬實驗發現能有效減緩晃度，思考未來可將其運用在建築物的防震技術上。

考量養魚業者未必能隨時隨地監控魚群的活動情形，因此本研究利用YOLOv5的視覺辨識模型及Deep SORT多目標追蹤演算法進行魚群的座標定位及移動追蹤，開發出一套「智慧魚缸管理系統」，我們分別使用600、150張魚隻照片作為辨識的訓練集與測試集，其結果準確度平均高達99.99%，進一步利用兩鏡頭拍攝的視差以及司乃耳定律所得折射公式重建出魚群中每隻個體的3D座標，再根據個體座標的變換計算其活動量，並推論其可能的行為活動，同時以三維動畫模擬出魚群在魚缸內的即時狀態，此外我們選用OpenCV的輪廓偵測函式，計算個體的側視面積，由此觀察魚隻的成長情形，最終將上述各數據寫入MySQL資料庫作統計分析，當發生特定事件時，將透過Line Notify傳送訊息及時通知業者處理。

無線傳電是非常新穎的創舉，但卻沒有人用簡單且便宜的方法來改善傳輸效率不佳的問題。在主線圈加入軟鐵後，輸入和輸出的功率比從52%增加到70%，大大減少無線傳輸能量損耗，且若次線圈再加入諧振線圈，則功率比可從52%再增加到80%，這是一個重大發現。在主線圈加入軟鐵實際無線充電之效果是：充電到10mAh時間從9分32秒縮短到5分23秒，減少3分51秒，效率提升40%。在次線圈加入諧振電路對實際無線充電之效果是：大大提升次線圈原本輸出功率約3.8倍，且主線圈加入軟鐵後，充電時間又再縮短20%。由實驗最佳數據，本組設計了無電池風扇並結合3d列印及雷射切割技術，使研究結果商品化，只需插上電源就可以使用。

為了精進射箭的能力，我們開始研發「智能射箭訓練系統」，並透過該裝置判斷舉弓、拉弓、放箭速度等數值，讓使用者能清楚地知道現在的姿勢是否有達到射箭時的標準動作。本實驗分為四個大方向進行操作：穩定、力量、精準度、以及計分靶。為了找出符合選手最合適的射箭動作，我們另外以一名選手的舉弓高度（130cm）及拉弓距離(57cm)，做出固定射箭模擬器。透過該裝置發現：該選手於10公尺距離時，傾角 -1.2 ~ - 0.2度能夠命中九分的範圍。除此之外，我們用紅外線感應框、投影機與scratch程式製做出互動計分靶。透過裝置，便可以快速紀錄下射箭時的分數和落點。我們將整個設備整合為成完整的智能射箭訓練系統，供使用者能夠快速且精確的矯正自己錯誤的射箭姿勢及方向。

自從COVID-19疫情爆發以來，學校必須每天監控學生的體溫與身體狀況，花費大量額外的人力與時間。本研究使用Python執行OpenCV程式，來抓取即時影像中學生的學號資訊，執行easyocr判斷學號資訊並比對學生身份，當學生身份確認後，使用Arduino與GY-MCU90615量測學生體溫，將量測到的體溫回傳至Python程式，透過程式將數據進行整合，最後將學生的個人資訊(班級、姓名、座號等)與體溫數值進行登錄後傳至網路平台，產生出體溫監控表單，稱此裝置為『紅外線體溫量測智慧登錄系統』。本研究成功使用(去背+Canny)偵測+彩色辨識的方式，使紅外線體溫量測智慧登錄系統有更佳的辨識成功率與更快的辨識時間，可以快速辨識學生身份，並登錄其體溫，可減少學校防疫的工作量，達到省時省人力的目的。

隨著地球暖化、氣候異常、暴雨再加上台灣地處地震帶，土石流的發生就更加頻繁，利用科技進步之便，可以保障每個人生命財產的安全是非常急需的工作。 此次研究製作的偵測模組，使用台灣自行研發的Web:Bit開發板¬、Arduino開發板和樹莓派開發板，透過自製的光纖感測、水銀開關檢測與影像判別等3種模組，獲得土石流發生時變異的光電訊號或影像訊號，確認土石流的產生。同時為提升土石流發生判別與影像識別效能，我們也研發了濕度偵測與自動開關燈之系統。除了比較這三種模式的靈敏度， 可透過手機LINE、電子郵件發出警報，並連結YouTube觀看實際狀況，期許未來可以廣泛運用於各類土質，減少土石流造成的傷害。

本作品主要是以節能、安居、健康為三大主軸，建構一個AI智慧宅。節能部份所設計的「智能窗簾」，可依光線強弱適時調整室內亮度；同時也設置「智慧插座」，當用電超標時，系統會即時通知人員處理，也可利用MQTT Dashboard控制及查詢。另外自製「AI人臉門禁」，偵測成功便直接開門，若偵測到陌生人時，能直接發送LINE通知屋主，確保居家安全。並搭配LINE-BOT所建立的即時監測系統，能馬上查看家裡的空氣品質及長輩的血氧測量狀況，而「AI藥盒」讓用藥者 以「人臉辨識取藥」，所取得的藥物也能立即AI辨識查詢。經所設計的辨識實驗，在室內有開燈，輔助光源為白光辨識藥物效果最好。並開發出網路版及單機版的兩種操作模式，讓藥物管理更有效率，藉以保障家人的用藥安全。

國造潛水艇正緊鑼密鼓的進行中，我們藉由很多國家的協助才有辦法建造，我們想透過實作來了解潛水艇設計上的困難。我們的目標就是想做出一台可以透過遙控的方式，讓潛水艇可以從水面潛到水面下，再從水底浮出水面的裝置。經過文獻查找，這是利用改變機器的密度來控制的，其中有分成改變重量或改變體積。當決定方向後，從選用適當的外盒，一直到實驗過程中發現有一些一開始我們沒有想到的問題。在改變密度的過程中，有彈性的容器很容易因為操作的方式改變了它的體積，變成很難操控它的密度。最後，我們還是成功的製作出可以透過遙控而讓機器沉與浮的裝置。藉由這次的體驗，更進一步的了解到為什麼做一台潛水艇是一件難度很高的事情。

臺灣已進入高齡化社會，基於老人在面臨行動力與反應力逐漸退化過程中，造成心理壓力及自信心的喪失，本研究探討及建構一部樂齡勇腳椅，透過健腿檢測、輔助起身及久坐提醒等三個主要功能，配合麥克納姆輪設計多向式椅盤，讓高齡者能於狹小空間便捷行動，讓高齡者可以達成活動更自主(Confidence)、能力更提升(Capability)、移動更便捷(Convenient)、身心更健康 (Healthy)的 3C1H 生活支持策略。透過積木及3D列印技術建構勇腳椅的本體，以槓桿輔助起身，運用Micro:bit搭配按鈕、蜂鳴器、LCD、SG90 伺服馬達等元件，建構可以讓高齡者生活自主行動及監測健康，最後運用ESP8266的wifi晶片，建構可透過雲端搭配Line通知提醒周邊的親人或照護者。樂齡勇腳椅不僅是健身器材，更是支持高齡者生活品質與尊嚴的最佳解決方案。