生活與應用科學科(一)科

上課時許多老師會以不同的集點形式來提高我們的學習動力，例如集點章或集點貼紙等，但無論何種方式，都在考驗我們的記憶力，常有搞混不同老師的集點方式，或忘記登記，及遺失、保管的問題。 於是我們製作結合「arduino、影像辨識、手機app、google試算表、機構設計、綠能環保」的「雲端集點兌換機」。目的有： 1. 統一各個老師的集點模式，利用影像辨識技術判斷不同老師的集點卡。 2. 避免點數登記、保管、遺失問題，使用app統一進行雲端空間登錄，方便老師同學快速查閱、統計。 3. 整個裝置具有語音提示方便操作。 4. 製作兩大類獎品兌換機，可立即將點數兌換獎品。 5. 兌換機操作中，可對電池充電達到綠能環保。 6. 使用機構將集點卡立即回收，能重複使用。

太陽能是永續乾淨的能源，但由於太陽能光電板的溫度每上升1℃會使發電功率下降約0.35~0.5%。在台灣夏天高溫炎熱，導致發電功率下降許多。我們開發了一組太陽能板散熱系統，透過適當的管路設計導引冷水，不僅有效地降低太陽能板的溫度，避免其光電轉換效率下降，更同時得到溫熱的用水。 經由本研究使用小型的太陽能板搭配金屬管製作散熱模組來評估，若以0.1L/min的流速，可將流過的水至少升溫10℃，若能放大到20 坪屋頂所能安裝的太陽能板面積，可產生約3528公升、40℃的溫熱水，足以提供標準家庭一日之用水，並且由實驗證明本研究設計的散熱模組，可實際將太陽能板進行降溫，改善輸出發電功率的下降百分比達20%。

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。

2021年2月台61線快速道路發生21輛車連環追撞車禍，共計2死8傷，初步研判濃霧視線不良，未保持安全距離。目前先進車輛有AEB/ACC使用影像辨識及測距雷達，但是大雨除視線不佳外雷達也容易有雨衰，影響偵測可靠性。我們找到高能量高指向性的超音波陣列定向喇叭TG-40SP如圖13所示來實驗，用它實際做雨天、濃霧、晴天的發射接收實驗，證實超音波定向傳聲符合學理所述雨天濃霧接收比晴天為佳。我們改裝汽車超音波前測距雷達，自製一套小型發射警示輔助系統，經模擬測試效果良好，本研究已獲中華民國新型專利，美國專利正申請中，希望能得到監理單位認同列入基本配備，讓雨天、濃霧行車更具安全性。

本研究是在參訪臺東金崙地熱發電廠時，了解到在抽取與回灌的過程中，地熱管路的安裝的狀態與管內的氣泡會影響馬達抽水的效率，如果可以瞭解相關變因的影響，便可以排除不利的因素，增加發電的總效率、降低成本。我們以此作為研究主題，探討地熱管路轉彎的次數、氣泡、水面高度差對於總效率的影響。研究結果發現：在馬達之前注入氣泡流量雖然不多，但對水流量有很大的影響，如果要增加地熱發電的總效率，建議抽水馬達可以設置在抽水井較深處的地方，壓力大，溶解較佳，比較不會有氣泡產生。

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。

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。

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。

由於新冠病毒肆虐，大家無法出國，國內登山健行活動盛行，不過也造成山難及染疫的問題，為了解決此問題，我們自製「荒野守護神」。我們編寫程式碼利用雷射遮蔽系統與模組化LED燈、蜂鳴器，進行安全防護。紫外線進行消毒。雷射結合SOS訊號進行求救。運用太陽能蓄電。我們通過實測後發現，AI判斷雷射遮蔽再啟動防衛系統，啟動值較接收值低50以內最靈敏。LED燈閃爍每秒5次，效果較佳。紫外線消毒距離3公分只需27秒即滅菌99.9%。雷射發出SOS訊號，配合雲霧，距離較遠。本裝置總重492公克，使用兩顆電池可連續使用雷射防護30小時，LED燈6小時，紫外線80分鐘，再搭配太陽能蓄電，是個人安全防護最佳神器。