生活與應用科學科(一)科

AIOT智能防護陪伴杖

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。

〝鍬〞援小英雄-仿生機器人在救援現場應用的研究

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。

我的交通安全好幫手-物聯網智慧太陽能背戴裝置

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。

靜電密碼-無接觸電極感應探究

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。

智能手語學習輔助遊戲

本研究透過擷取手勢關鍵點和臉部座標,開發了自動辨識手語程式。在持續的改良下,平均辨識率從68%進步至85.2%。以此基礎延伸發展,我們將”手語的意義、動作與情境故事性”互相結合,設計了三種類型的手語學習輔助遊戲("單詞情境遊戲"、"相對字詞比較遊戲"、"相似手勢比較遊戲")。80%以上的使用者認為我們研究的智能手語學習輔助遊戲,能輔助學生學習臺灣手語本土語言課程,能提高手語學習的動機與成效。 另外,我們也設計了”自動化生成程式 ”,讓有教學需求的老師或是自學需求的學生,可以針對需要練習的手語,快速地自動化設計出手語遊戲。讓手語學習者可自主複習手語動作;教育者也能夠適時輔導部分個案提升個案手語動作的精確度。

生活生電~生活中多餘能源再利用

能源危機是當前各國面臨的重要問題,本研究想從日常生活中找出還有沒有可以用於發電的能源。根據本研究之觀察及發現,小學生的生活經驗中也隱藏著一些還可以利用的能源,例如:玩具車轉動的輪子、會轉動或是擺動的遊樂器材、吃火鍋時鍋子的熱等,都是具有多餘能源可以轉換為電能的能量,雖然本研究目前發電效率不高,但我們期待未來每個人都可以自己發電,朝向自給自足之路邁進!

嚴以「綠」己、未來「無線」! 無線充電技術運用於未來綠能停車場之應用

我們研究的是如何實現未來電動車需求的綠能充電停車場的可行性探究,旨在改變電動車充電方式並結合綠色能源。經實驗量測結果得知,無線充電裝置在感應電勢較強的情況下可直接透過調整線圈的感應距離獲取所需的電壓,因此未來可應用在不同電動車的充電,為不同電壓需求的電動車提供所需電能。另外,在穩定供應電力需求方面,我們藉由並聯多片太陽能電池板增加發電量,並搭配良好的儲能蓄電裝置可提昇太陽綠能的供電效益,可以更穩定的提供給多台電動車同時進行充電。實驗也發現,透過偵測模組感應線圈上的電流變化可同時感知停車格使用數量。因此,我們的研究作為將來結合綠色能源與電動車無線充電技術設計的未來綠能停車場有顯著地證明得以實現。

科技農夫出任務-智能農田灌溉系統

當全球受極端氣候影響之際,大家都得面臨各種面向的衝擊。我們所在縣市的農田灌溉水源主要取自濁水溪、清水溪,根據行政院農業委員會-農田水利署網站提供的資料,全縣並開鑿地下水井約459口,平均每年用水量約15億立方公尺,其中取自地下水約2億立方公尺。 我們發現學校附近農田,是屬於灌溉渠道的末端,所以,在枯水期時,會大量地抽取地下水來使用如此恐會導致地層下陷的情況發生。本作品將探討農業使用地下水灌溉所面臨的問題,並提出以科技為基礎的解決策略。改善農業抽取地下水,而導致地層下陷的問題以確保農業與環境間的永續發展。

RFID雲端自動積點AI辨識回收垃圾自動開蓋垃圾桶

本研究主題是RFID雲端自動積點AI辨識回收垃圾自動開蓋垃圾桶,為了改善校園環境垃圾分類不確實,減少海洋垃圾的汙染,又可減少人與垃圾接觸的機會,降低細菌、病毒的傳播風險。本研究結合人工智慧影像辨識和機電整合自動控制與IoT技術,透過程式設計實現整體功能。 利用課程所學,將回收垃圾以不同數量、背板等來進行AI模型訓練,探究最佳辨識模型,並將訓練好的模型上傳到Pixetto AI鏡頭上,透過AI鏡頭進行回收垃圾影像分類辨識,運用程式驅動馬達開啟正確分類回收垃圾桶蓋,將辨識數據藉由IoT上傳雲端,達到垃圾分類更準確且減少人與垃圾桶接觸的機會,希望藉由獎勵制度有效地提升分類回收垃圾量、降低海洋廢棄物數量。

捷運AI異物辨識及智能煞車輔助系統

台中捷運發生吊臂掉落,造成傷亡慘重。我們查找文獻缺失,利用機器學習Google Teachable Machine和數學相似演算法,做出AI異物辨識系統,解決捷運無法主動偵測異物的問題。經文獻得知,列車煞車需167m,我們透過鏡頭變焦和倍率放大提高辨識距離。用Mediapipe Holistic和角度比值演算法解決距離辨識的問題,做出險阻手勢AI辨識系統,解決隨車員和月台保全無法溝通的問題。用MQTT傳輸技術,設計無線控制按鈕,經由ESP32和L298N控制列車啟閉,減少隨車員尋找鑰匙等流程,錯失救援時間。此外,我們建置的系統將軌道沿線辨識異物,上傳Google雲端試算表,供政府進行預防措施。