生活與應用科學科(一)科

本研究目標旨在透過我們的研究，發展高效能源效率的風力能，使用回收再造（Upcycling）的材料組合環保動力船，撿拾學校周圍環境水域中漂流物，解決校內學生掉落水中的各種球類及垃圾問題。研究結果可知，動力裝置透過文獻探討與實際測量，篩選出半徑35mm、寬15mm的一字形節能風力槳，搭配3D建模一體成形的集風杯使風力穩定、扇葉安全運轉。船體推薦以市售2000cc方形寶特瓶作為浮筒，搭配鯊魚鰭式的導流板有效穩定船雙體船航行。以手機app進行藍芽串列e32Daul智慧晶片，遙控風動力船多方向運動，最後實際下水測試船速、轉向及推動各種球類，撿拾校內水池漂流物。

隨著醫療的進步，已開發國家快速高齡化問題日益被重視，根據聯合國研究人口統計，2019 年全球平均壽命為 72.8 歲，逐年增高中，內政部統計國人 2021 年的平均壽命為 80.86歲，與聯合國公布2019年全球平均壽命比較，我國男、女性平均壽命分別高於全球平均水準 7.5 歲及 9.3 歲，2022 年 6 月底全國六十五歲以上的高齡者人口數為 3,983,640 人，占17.18%，由此可見，未來高齡者的社會人口比例越來越高，食、衣、住、行、育、樂等相關產業發展會是極為重要的一環，伴隨著人口老化趨勢，老人照護相關產業備受重視，而因為近期家裡長輩發生跌倒事故，讓我們注意到高齡者伴隨行動不便的問題，希望能藉由本次作品研究的內容，協助事故發生後相關後續處理問題，降低行動不便者因跌倒受傷的嚴重性。

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。

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。

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。

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。

學校農作區經常出現大量鳥類破壞作物，我們想到利用聲響來驅趕，結果發現生活中常見的波紋管甩動它會發出奇特嘯叫聲。因此，我們想透過實驗了解波紋管它發出聲響機制，並構思可否利用這種奇特的嘯叫聲來驅趕鳥類。研究過程使用不同種類、口徑、長度波紋管測試能否發出嘯叫聲與聲響頻率高低，透過改裝電扇了解波紋管發出嘯叫聲是因為轉動引起兩端管口產生不同壓力差；再以線香煙霧模擬波紋管道內氣流受管壁凸起，形成擾流而發出嘯叫聲；最後改裝廢棄吊扇製成風車帶動波紋管發出嘯叫聲，做出環保驅鳥裝置。

我們學校之前是埤塘，地勢較低，因此，只要下大雨，水溝就會淹水。我們調查了學校常淹水的地點，發現水溝在大豪雨時，大約15分鐘就會淹水。我們詢問總務主任得知，一個可以24小時偵測水位並且上傳至相關人員手機的水位感測器，大概需要20至30萬元。所以我們決定自行製作一個適合學校地形且便宜的24小時水位感測器。在感測器方面選擇了超音波感測器而不是水位感測器，因為它具有測量距離較大(約2~230公分)和數值非常穩定等優點，另外抽水馬達(模擬工業馬達)是運用繼電器控制，未來實際場域可以裝上工業用的抽水馬達來使用。軟體方面利用Motoduino寫程式，來進行ThingSpeak 24小時監控，最後利用IFTTT傳至相關人員的LINE。

從問卷調查，發現多數人不知如何辨別病媒蚊，且很需要能即時觀測與通報的機制。本研究在校園蚊蟲常聚地點分別放置自製捕蚊瓶，其中發現地下室能捕捉較多蚊子，推測可能是較不通風，CO2濃度高。伴隨二氧化碳引蚊裝置實驗中，也證實CO2較高或藍光燈端確實能吸引較多蚊子，依據這兩個實驗觀察，我們的機構設計以CO2誘蚊裝置，結合人工智慧對病媒蚊進行分類辨識，將自行拍攝、網路搜尋和國衛院提供之病媒蚊照片建立資料庫，依“截留確認法”驗證模型辨識成效，若分類效果不佳，刪除模糊不清的資料，再重新訓練模型。最後利用物聯網技術準確且迅速地傳送到相關單位並記錄環境資料。另外製作智能手錶，可隨時進行遠端監控病媒蚊數量，以利後續處置。

網路上流傳一段影片，影片中的鴿子不用拍動翅膀就可以飛，「頻率」是造成這現象的主要原因，只要攝影機拍攝的影格率和某個東西週期性運動的頻率相似，就可看到類似時間暫停的現象，稱之為特定運動頻率。自然課學到弦的振動影響聲音的高低，但弦振動太快看不清楚，是否也可以用時間暫停的原理，來看清楚弦的振動？ 本實驗使用了micro-bit和紅外線感測器來測量圓盤的轉速，圓盤上的開孔可讓光線閃爍，光線照在金屬琴弦上，閃爍的頻率如果和弦振動的頻率一致，就能清楚的看到弦的振動波形。