生活與應用科學科(一)科

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。

中華民國在110年3月的統計數據，神經、肌肉、骨骼之移動相關構造及其功能具有障礙之人口共計35.2萬人，他們都可能有需要義肢的需求。傳統的義肢通常具有外觀、方便性、適應性等的問題，使用上也相對吃力且僅能完成一些基本的肢體動作。在我們的研究中，針對了幾點進行設計:具有革命性的義肢功能、方便且易於使用的介面、輕量且美觀的3D列印義肢。 此研究以「上肢義肢」為出發點，做出讓殘疾人士在使用上，更有自主意識操作的智慧義肢。使用者可以在手機藍牙端收到「手指馬達訊號」、「壓力訊號」與「肌電訊號」等資訊，透過以上這些數據，使用者將可以更明確地感受到義肢就像是自己身體的一部分，讓義肢更具人性化與智慧化。

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。

近年來，隨著日益嚴重的全球暖化以及氣候變遷，使得可用的水資源日益枯竭。有鑑於此，我們致力開發出一種能夠減少水資源浪費的灑水器。本研究利用 3D 模型設計軟體 tinkercad 設計出矩陣形省水灑水器的各個零件，並計算出水壓與孔徑大小以及噴射距離的關係，藉由調整各出水口的孔徑來控制噴水範圍。 實驗結果顯示，且相較於傳統灑水器省水達 25%，且使用3D列印技術製作，可根據自身情況調整出水口大小來控制射程，以控制灑水的長寬比，以達減少水資訊浪費、增加水資源有效使用率之目的。

我們發現一些交通問題:車輛可能撞傷行人、不明人士可能跟蹤學童、有危險時不知如何盡速求救、天氣狀況影響交通安全、家長擔心學童是否平安到校。討論後嘗試用課程中學到的物聯網知識，提出解決問題的方法。想到將超音波感測器、Micro:bit、 KSB039擴展板裝在書包上，變成一個物聯網的智慧裝置。超音波感測器偵測到有人車靠近時，ws2812燈條會發光，擴展板上的蜂鳴器會發出聲音，提醒他人和自己要小心。書包上的LCD1602液晶顯示器，能顯示距離和溼度、風速、空氣品質資訊，裝置使用環保太陽能供電系統。還做了戴在手腕上的藍牙穿戴裝置，不小心跌倒時可以發出警示的聲光效果。加上個人的樂讀卡，結合Scratch的RFID跟LINE通訊技術，讓家長與老師知道學童是否準時上下學。

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。

Lusa 是泰雅族的傳統束腳陷阱， 泰雅祖先及獵人們在這小小的機關中，利用了許多植物的特性及物理科學原理。獵人們為了要提高束腳陷阱捉住動物的機會，在製作陷阱時，材料的選擇及使用有些偏好在觸動陷阱機關的消息棒上，做了些巧思來加速陷阱的運作。我們 在老師的指導下，設計了多組的實驗來探討。實驗結果驗證了，在祖先流傳下來的陷阱選材及安裝之中蘊藏了許多的智慧。我們也以科學的方法測試出消息棒的最佳組合。身為泰雅子孫的我們，能以科學的方法來 探討及驗證祖先的智慧，也是於有榮焉。

學生在生活中常常不知不覺地彎腰駝背，導致姿勢不良，造成肌肉以及骨骼受傷，通常在健康檢查照X光才有所發現，為時已晚。「挺立」系統設計的TM POSE在不同情況下平均準確度達80%以上；全身辨識部分準確度也達85%。此系統設定TM POSE當作第一層把關，若辨識後的信心度不足0.8，透過MQTT，啟動第二層全身辨識系統，最終的判讀結果透過語音朗讀的機制即時回饋給使用者，即時提醒身體何處「姿態不良」，可盡快調整站姿。「挺立」系統當作「不良姿態」檢測的把關先鋒，照顧所有師生，讓我們避免於脊椎病變引起的疾病，實屬不易。

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。

我們嘗試要設計一個能夠爬樓梯的機器人，在有一項比賽時，看到了有些人前腳像輪子一樣快速地爬上去。因此，我們這組就想要研究～怎樣讓我們的機器人爬得更快。研究結果發現： 一、前腳長度>樓梯的踢面高度高約1.5公分~3.5公分，機器人能順利爬樓梯。 二、前腳越長扭力小，前腳越短，扭力大。 三、前腳加寬轉軸為5公分，爬樓梯速率變快。 四、以桌球皮黏在抓夾上，爬樓梯速度最快。 五、同樣的齒輪比，前腳越長扭力越大，前腳越短，扭力愈小。 六、底座變寬，能減少機器人翻倒次數。 七、當踢面高度變為原來2倍時，爬樓梯速率降為為原1/2。 八、自行研發低重心機型爬樓梯速率最快，原先比賽齒輪盒改良機型速率最慢。 九、獲致爬樓梯機器人最佳結構。