生活與應用科學科(一)科

日常生活中有許多活動會產生熱能，這些熱大多直接散失掉，沒有被完全利用，例如：烹煮食物、烤肉等產生的熱。本研究在探討如何回收這些廢熱，以致冷晶片為工具進行溫差發電，並結合3D列印與雷射切割技術，自製發電箱與電器用品進行實際的生活運用。致冷晶片是利用熱端和冷端的溫度差來發電，針對熱端，探討了不同熱源的回收以及保溫的方式，包括材質和裝置；針對冷端，探討了散熱的方式和裝置。並依據不同廢熱的特性，研發出四種廢熱溫差發電裝置，包含太陽熱、熱湯熱、蒸汽熱、火源熱(以石頭蓄熱)等。最後更研發出整合型廢熱發電箱以驅動自製的電器用品，包括風扇、夜燈、攪拌器、食物解凍器，並可對手機充電，使廢熱不再廢而無用。

摺疊傘在市面上並無合適的裝置作整理，本研究研發手動及自動捲傘機，將傘葉收拾整齊，縮小體積來集束，並將其捆紮，解決雨天雨傘的收拾問題。手動的是設計傾斜支撐板和矩形閘門，讓雨傘在其上旋轉，以整理雨傘骨架並刮除水分；參考束口機的設計，研發用以捆紮的裝置。考量手動操作較難，因此改良為自動捲傘機，改裝部分為：製作固定傘的裝置，利用馬達、齒輪和皮帶，機械化旋轉與移動以達到集束與捆紮，全程以微電腦控制，使其自動化。手動捲傘成功率為88%，自動的也可以順利捆紮，經過兩者捲傘後，刮除水量 0~29c.c.都不會滴水。目前修改並打橫裝置，使馬達提升移動速度，並減少摩擦力、增加支撐力，操作模式改為同時轉動與移動，縮短捲傘時間。

本研究主要為設計一套能主動偵測如低頭等姿勢不良之穿戴式裝置，並利用行動裝置紀錄姿勢不良次數及頻率，以及自動產生圖表方便分析閱讀。 本研究的作品具體積小並有鬆緊裝置，不需要量身訂做，人人皆可使用，在姿勢不良時，以能產生簡單、有效的警示為主要考量。而當使用者姿勢不良時，能即時以燈號或聲響提醒使用者修正姿勢，並且籍由Arduino單晶片及藍牙協定的概念將訊號傳送手機，再將資料經由手機上傳至雲端，使用者可從數據資料判斷穿戴頭帶者自己的姿勢不良傾斜之時間長短、角度與次數，進而協助使用者矯正姿勢，保持健康的體態，促進健康。

灌溉香山地區農田，流經學校圍牆旁的汀甫圳，雖為灌溉用水，但水面常有垃圾漂浮，並成為沿岸住家、工廠的排水溝，其中充滿各式汙染，引發我們想製作一台多功能水上iRobot，除了能搜集水上的垃圾外，還能監測水質。 利用超音波感測器控制船體行進路線、電動閘門控制垃圾搜集、光纖偵測油汙與混濁度、自製酸鹼探針測量pH值。已獲得污染偵測之對應物理相關數值，此汙染臨界值具穩定與再現性，並可將汙染監控成果透過藍芽傳送至電腦與手機，達到遠端監測水質與搜集垃圾的目的。 此外透過太陽能板、充電鋰電池，期待可使船體在水上運作，達到環保節能的目標，目前已於校內水池測試成功，預期可推廣至其他水域。

有別於摸著光球的啟燈模式，我們設計將貼有RFID卡的鑰匙，插入凹槽的新啟燈模式。還設計了辨識系統，插上不對的RFID卡會顯示出錯誤訊息。當卡片不慎遺失時，我們設計的清除鍵可以清除儲存在系統內的卡片ID資料，再利用加卡鍵將新的卡片ID存入系統內。我們設計了LED看板、深井燈，讓舞台更炫麗。傳統的摸光球啟燈模式，我們也加以改良，加入了觸控燈球，可因應來賓人數，設計出需要所有來賓都有碰觸到燈球，主燈才能點亮。為了讓參觀燈會的民眾，也能體驗與來賓一起點燈的樂趣，我們設計了「誰來點燈」舞台，利用AR技術，讓遊客也能拍到與來賓一起點燈的照片。希望我們這次的科展，能讓享譽國際的台灣燈會以後有新的啟燈創意。

本研究成功利用Arduino開放硬體、Scratch2設計程式、紅外線、機械手臂及動、靜滑輪省力裝置等器材，設計可以檢測最大靜摩擦係數及動摩擦係數的儀器，並經過反覆測試，驗證儀器的可用性。藉由此儀器檢測數據，本研究發現不同材質物體的接觸面間塗潤滑油皆會影響摩擦係數的大小，摩擦係數則不受正向力及接觸面積的影響，而增加滑動物體的質量可以增加測量上的穩定度。本研究亦利用3D列印不同紋路底面的滑動物體，結果發現紋路不同會影響最大靜摩擦力，但對動摩擦力影響不大；故以直條當作鞋底紋路，起跑時得到的反作用力較大，適合當作跑步鞋的鞋底。本研究所設計的儀器，組裝方便、操作簡單且穩定性高，適合推廣及應用在國中相關課程及其他相關產品之測試。

本實驗為實現運用於火車的安全辨識系統，製作一套即時影像辨識，且使用了OpenCV(Open Source Computer Vision Library)以及YOLO(You only look once)等開源程式碼，並運用Python進行編譯和整合的工作，再進一步使用Tensorfolw和Darknet的類神經網路來訓練機器，增強系統精確性，最後，將偵測到的資訊文字化後輸出，供給訊息給其他功能使用。

「上完美勞課，桌上這麼多小碎紙！要是有個吸塵器該有多好！」我們開始查詢資料，雖然在四年級時學過安裝馬達和扇葉，卻沒有做過吸塵器。引發我們的好奇心，真的可以產生吸力吸取同學的小碎紙片嗎？歷經試做修正，最後做出可用鋰電池充電的吸塵器！也讓我們更明白吸塵器的原理。獲得以下結論： 一、 12V馬達比3V玩具馬達好，吸力較強。 二、 扇葉較厚空氣擾動較佳，折角朝下會產生吸力。 三、 排氣孔要多，空氣較易排出。 四、 瓶身高度與產生氣旋半徑有關，但愈低吸力愈強。 五、 電流正負極連接都會使馬達旋轉，旋轉時扇葉折角在後才會產生吸力。 六、 加濾網和吸塵器長管是吸塵器的阻力來源。

一般在繪製2D逐格動畫時，在真實與誇張之間要拿捏一個好的平衡點相當不容易，尤其是當您不熟悉物理力學原理時，在運動軌跡的決定上就會毫無依據。此研究藉由對於物理力學原理的探索，思考哪些理論是動畫世界中仍然必須依循的，整理與推導出幾項實用的公式，並將公式寫入Excel表格，利用圖表的方式顯示出符合物理原理的運動軌跡，提供做為作動畫時參考的準則。我們完成的Excel表單，可以稱為是初級版的2D的動畫物理引擎工具。實驗利用兩組動畫的比較，一組是在自習物理力學原理前繪製的，當時完全憑經驗與想像；另一組則是靠我們製作的工具輔助才繪製完成的。可以看出後者的動畫作品不但不失原本的生動感，且動作更流暢並令人信服。

方圓杯是二個視角看同一杯子會產生二種形狀的視覺變換。科學原理是「光具有直線性，二個方向俯看投影在平面上位置會在不同的點上，所以視覺上就看到不同形狀」。我們使用「123D」及「sketchup」二種軟體開發方圓杯，並分析優缺點，也利用「sketchup」加上「紙藝大師」軟體做出紙版模型。接著分析出二柱體製作成功關鍵因素為「二個柱體旋轉後，如果二個形狀的視角長度是相等的，交集曲線就能連續，就能成功製成二種視角的圖形變換杯。」依據此關鍵因素，製作多種形狀組合的變換杯、多重組合及英文字體等模型增加視覺樂趣；我們開發出資訊繪圖變換杯的方法可製成生活用品(容器、磁鐵、燈罩、吊飾等)，成為文創商品；也可利用sketchfab app在手機上可以產生AR實境效果。