生活與應用科學科(一)科

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。

運輸裝置在不同結構設計下，獲以下結論： 一、重心位置影響：電池盒在前方速率穩定，平面折返走時，電池盒前上最快；上下坡折返走，在前下最快。 二、最佳機型：曲柄位置為右下，固定桿9cm、前腿4cm、曲軸6cm、連桿13cm的配置最佳。 三、腳底設計對運輸裝置上下坡：以全止滑比較快，平面腳底比較快，能使運輸裝置走得最快。 四、曲軸長度：運輸裝置之前腳曲軸越長，前腿移動圈圈越大，而後腳移動的步伐越長。 五、後腿支點：運輸裝置後腿位置越高，後腳移動路徑越長。 六、爬坡角度：最佳機型的運輸裝置，能順利地爬上20度的坡度。 七、運輸裝置在不同障礙物下：間距為2.5公分時，速率最快；障礙物高度越高，速率越慢；人工步道之石頭高度>1.5公分時速度變慢。

台灣已進入高齡化社會，年長者大多行動不便且為外籍看護在照護，因語言不同，導致溝通困擾，所以研究智慧輪椅，從機構設計中設計三段式椅背調整、餐桌的開合；能使用手機app控制輪椅的移動；在智能照護上依年長者需求在手機上設計了撥打電話、緊急Line救助、啟動家電等功能；更獨創能與外籍看護溝通功能，設計了翻譯機，使受照護者能輕鬆地與外籍看護溝通。並從表情辨識上得知，臉部表情辨識的辨識率為0.6~0.7之間；加入比1-3的手勢後，其辨識率提高0.8~0.9之間，最後年長者加入自己喜愛的動作差異大的手勢後，其辨識率均為1(100%) 。與年長者討論適合的表情後，本研究的智慧輪椅能透過表情辨識開啟與閉合餐桌時會說出外籍看護的語言並且能拿餐具與餐點或是收拾餐桌。

本研究目的為探討太陽能最佳發電方式。首先，發現太陽光經過菲涅爾透鏡與光柵分光後出現中央亮紋及第一階亮紋分布；經實驗設計出與太陽光接近之模擬太陽能光源做為實驗對照組，減少使用太陽光之不穩定實驗環境的影響。 接著，實驗後發現紅、綠、藍光與紫外光等波段能使太陽能光電板發電，紅外光能使溫差發電板發電，但環境溫度上升卻會造成發電效率降低，考量質輕、耗能低且降溫效果佳後，以壓電馬達霧化降溫方式為目前最佳降溫選擇。此外，本次實驗透過光柵進行有規則的分光，再依不同電壓加裝升壓模組，可延長太陽能光電板的使用壽命。 最後，設計出兼具光能與熱能發電、降溫功能之太陽能發電裝置試運作並持續改良中。

本研究使用仿生機器人來觀察在不同救援環境應用時之移動速度差異，透過機械結構之連桿原理進行機器人足部設計調整，以仿生鍬形蟲六足吸管機器人進行模擬實驗測試。經由研究結果得知這類型的機器人能快速平穩行走的最佳設計條件為：六隻腳結構、腳長分別為前足4cm、中足5.5cm、後足4cm時、足底材質為魔鬼氈或菜瓜布。另外，實驗中發現了適當的載重為40g時反而讓機器人移動速度也變快，為了驗證是因為足部摩擦力增加的關係，也另以無載重足部摩擦力實驗驗證了這個推論。我們又改造測試發現機器人的中後足裝上泳足時可在水中最快速移動，綜合以上研究我們成功達到了讓仿生鍬形蟲可以「從水中到陸地」與「從陸地到水中」都能穩定快速進行救援移動的目標。

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。

我們的研究是眼睛，眼睛是靈魂之窗。根據林隆光(2010)指出當兒童太早患有近視疾病，隨著年紀增加其視力嚴重度也會隨之增加，日後演變成高度近視的機會就愈大。因此視力從小就要開始保護，而近視成因主要為長時間用眼、距離過近且未按時休息等，而閱讀距離也需隨年齡與身高不同而有所調整。 綜上所述，我們製作視力矯正神器，該裝置上方有許多模組，例如距離感測器，可以適當的感測距離，再結合IoT智慧物聯網觀念，手機App能簡易進行遠端操作與提供相關資訊，並即時提醒使用者外，針對不同年級也會提供合適距離數據，並能追蹤紀錄姿勢的正確與否，當錯誤姿勢與閱讀距離不當時會搭配震動提醒使用者，當超過閱讀時間時，也會播放音樂提醒需要休息。

在求學階段大家對靜電這個名詞都不陌生，但基本上都只能背誦，例如毛皮摩擦塑膠尺，毛皮帶正電，塑膠尺帶負電；絲絹摩擦玻璃棒，玻璃棒帶正電，絲絹帶負電。靜電確實存在，而且稍碰即逝，接觸到的當下，電子瞬間就會導引掉，所以我們很難利用接觸的方式去測量。 本研究主要針對靜電的電性進行探究，從基本靜電實驗開始，逐步深入探討， 並利用電晶體可以放大訊號的特性，將電晶體串聯起來，增強放大效果。結合LED燈與蜂鳴器做為指示燈與警報器，當有微電流靠近時，警示燈與警報器便會通電，由燈號、聲響可以快速的判斷是否帶電，與電的極性。最後再進行改良，使系統能在準確、快速、安全且便宜的前提下讓所有學生不必再用死記硬背的方式記錄，並以實驗記錄取代，在工程上也能使用此系統在無接觸的情形下進行電力判別，使施工、維修能更加安全，大大的改善生活。

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。

台灣進入超高齡社會，設計枴杖以達防傾防危助老。 研究顯示：(1)市售枴杖以單點拐為主，約占82％。(2)枴杖底面積與傾角呈正相關，杖長與傾角呈負相關。(3)(抗力矩/施力矩)比值與傾角呈正相關。當比值正六邊形>正五邊形>正方形>正三角形。(4)超音波距地地高度與可測距離呈負相關。若距地高0-10cm，可精確量測距離為2~200cm及400cm間。(5)障礙物偏轉17~63度，測距與偏角呈正相關性，若角度>63度，超音波測距近乎失效。(6)體溫趨勢：頭>身>四肢。量測體溫修正：正確體溫=舌下溫=手掌測溫+2.31度C。(7)正確環境溫= 26.63+(感測溫-26.63)*1.33。(8)自動量測步數：枴杖步數正確率與振數常除數N值呈正相關。當N=8時，正確率約為97％，可由枴杖步數反推人行走步數。