生活與應用科學科(一)科

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。

時代越進步，近視的人越來越多，觀察到班上同學帶眼鏡的人數占了多數，而其中「光」是視覺信號產生的基礎，因此，不良光環境易使眼球與視覺系統變異，導致近視發生，而根據工研院2018年發布的《室內高效率照明設計指引手冊》提到室內適合照度為500lux(照度單位)，因此我們想設計一款AI Eyes Protector護眼智能檯燈，此檯燈能夠依據環境與使用者狀況進行調整，當環境亮度過高則檯燈亮度下降；環境亮度過低則檯燈亮度提高，以及，為避免用眼過度，當檯燈啟用時會啟動計時功能90秒後會撥放音樂並關閉檯燈。此外，搭載的App上會顯示相關資料，如環境亮度、建議亮度、使用時間...等，也可直接用App遠端設定檯燈亮度、開啟或關閉等。

最近登革熱全台大流行。班上蚊子很多，同學帶光觸媒捕蚊燈來學校，效果很好，放置一晚上，就可以捕獲很多蚊子。於是各種捕蚊工具如雨後春筍般的崛起，其中光觸媒捕蚊燈是利用特殊波長的紫外光來吸引蚊子，當蚊子靠近時，就用風扇將蚊子吸入。經本組深入研究後，製作出成本低廉、捕蚊效果極佳的UV光捕蚊機。整組成本約100元，裝置設計簡易，可快速取出誘捕的蚊蟲，有利於後續相關研究的進行。 為提升捕蚊效果，特別針對不同色光波長、裝置外觀顏色、氣味、溫濕度等因素設計實驗進行探討。實驗結果顯示，蚊子喜歡波長375-380nm的UV光、黑暗、紅色可見光與黑色外觀的裝置。且本組自製的光波捕蚊裝置，能有效減少病媒蚊的數量，對於登革熱的防治有顯著的功效。

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。

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。

沒注意到警報聲往往使人錯過黃金逃命時間，對聽障者或聽力衰退的老人而言，更是不容忽視的問題。本研究嘗試編寫辨識說話者程式，先用人聲找出辨識特徵方法，以傅立葉轉換得到音檔頻率，再用兩種方法擷取特徵來辨識說話者，得知不同參數對準確率的影響，進而實際應用於辨識警示音。 本研究錄製資料庫和測試資料音檔，建立說話特徵後，分析測試資料特徵，與每人資料庫特徵做比對，判斷說話者是誰。結果顯示，一個音檔中取出越多頻率為特徵對準確率沒有明顯影響。將音檔切為小段分析，對準確率影響較明顯，且每個小段音檔長0.02秒到0.05秒有最高的準確率。找出合適的變因後，在辨識警示音上準確率達100％，並將以Arduino連接LED與LCD螢幕，讓聽障者看得見聲音。

「智能棒球訓練系統」是協助棒球初學者自主完成打擊與投球訓練的系統。訪問棒球教練需要哪些輔助訓練工具與文獻探討後，先以九宮格板自動回復元件製作投球準度訓練模組;再改良成輕巧的三宮格板好球帶訓練模組。在靈敏度偵測實驗中發現雷射光加光敏電阻靈敏度高於超音波與雷射測距感測器，以此製作揮棒速度訓練模組，實際使用時發現雷射光與光敏電阻模組在戶外易受陽光干擾,故以各色吸管進行光敏電阻抗陽光干擾實驗，發現6公分以上的黑色吸管可有效降低陽光干擾。最後加入跨步步伐偵測模組以提升投球穩定度。本系統還能透過IoT的功能,讓使用者掌握練習數據。實測後，本系統可提升練習者的揮棒速度以及投球的準度和穩定度。

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。

本研究透過搜尋資料，探討原理後以Winogradsky column裝置在地採集不同水源與泥漿，依據能量來源（光與養分）各呈現出不同的菌落分層；以PH值感測發現水質皆有由鹼性趨近中性的趨勢；以光學顯微鏡觀察發現了草履蟲的接合生殖現象並歸納出細菌的三種運動型態，觀察影像經分析生命科學軟體Trackmate程式定性與定量分析，使資訊視覺化除了可視化微生物的數量，也能看到分布以及聚落。 將追蹤軌跡移動距離座標數據，應用美國以資訊工程聞名的喬治亞理工學院開放軟體，透過智慧演算法感測微生物數據使資訊聲音化藉以輔助視力受損的人；本研究與4月18日PHYS.ORG科學網站荷蘭Delft University of Technology理工學院發布研究細菌游動的運動軌跡，所產生的音樂聲波似度極高，證實了本研究的創新應用價值。

軟體動物許多科別的貝殼具有彎曲的號角結構。經篩選合適形狀、大小、種類，以大白蛙螺、夜光蠑螺、椰子渦螺、栗色鶉螺四種材料進行研究，利用X-ray拍攝貝殼透視圖，進行平面測量內部結構與聲音通道的長度；切除塔尖，埋入藍芽喇叭製作成貝殼音箱。播放無和弦版本鋼琴演奏樂曲，隨機選擇聆聽者表達主觀感受，並且客觀使用儀器檢測。結果顯示以貝殼製作的音箱，能夠有效將聲音擴大，而音頻沒有顯著改變；透過轉換，將聲音轉換成聲紋圖圖象化顯示，證實貝殼音箱導致聲音在通道內產生交疊干涉，使音色大為改變。聲音的響度與音調，可以使用儀器客觀證明，科學儀器可以證明音色不同，但無法給出何種音色屬於好聽，音色終究歸於個人喜好。