生活與應用科學科(一)科

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

「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。

經過調查發現有幼兒的家庭，共同困擾是「玩具亂丟」，目前市面上沒有產品能解決此問題，本研究利用機器學習技術，以自動收玩具為例，研製可協助整理地面雜物的家務輔助機器人。本研究結果發現圓型內置2輪底盤有最佳室內移動效果，觸碰避障有100%避障成功率，夾具可夾取並攜帶2至14公分範圍的玩具或物品，視覺感測模組最佳安裝角度是60度，最佳辨識距離為14~16 公分，統整以上結果作為設計依據，採用邊走邊找法於不同環境實測，在界定範圍內可達到83.33% ~ 98.33% 的收玩具成功率。我們利用無線電波訊號強度設置虛擬圍牆及基地範圍，結果顯示可達 63.33% 的折返成功率及55% 的收玩具成功率，主要是無線電於室內短距離空間，無法精準定位所致，持續改進將可達更實用等級。

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。