生活與應用科學科(一)科

「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。

本研究基於機器人能取代人類作危險且重複的工作為觀點出發。探討擦窗機器人的設計結構及操控程式，利用Arduino控制板，結合馬達、感測器、支架及輪子來驅動。完成主體後，再以三階段的控制研究:移動測試、使用者操作、智能感知逐步達成擦窗戶機器人的自動化及智能化。在吸附方式上使用自由度較高的磁鐵，透過吸附在玻璃的力量加上移動來擦拭、清潔。製作過程中，逐一測試機器所需的不同物件，透過各種資訊軟體作模擬及設計，最終完成此智能擦窗機器人的雛型，希望藉由此研究達到拋磚引玉，讓更多科學愛好者共同投入機器人研究的學問中。

人類為了用電的需求，使用的發電方式常造成環境的污染，進而對人類及生態造成影響，因此，世界各國開始重視生態環境的保護措施，科學家們正積極尋找低汙染的再生能源，以取代既有的高汙染能源。 本研究利用課本所學之電磁原理及其他科學原理設計一組鐘擺式海浪發電機，經過鐘擺實驗得知，擺長影響鐘擺的行程，而擺錘的重量與行程無關，但實驗的結果發現擺錘愈重愈能克服電磁感應的阻力以及風的阻力，另外，實驗各種條件的感應線圈來製造適當的電磁感應機構以產生電力。最終，照著實驗結果，我們將鐘擺原理應用在海浪發電機上確實能在波動的海浪上擺動並產生電力。

小組以氣霧耕的方式來替代課本的土壤扦插，我們自製氣霧箱，硬體包含三大部分： 一、繁殖箱：包含穩定的噴霧系統與良好的防漏設計。 二、獨立溫控水箱：儲存系統用水與穩定的溫控、過濾設備。 三、燈光：以省電LED燈泡二個提供光源。 軟體：以arduino程式語言控制，包含溫控、噴霧頻率、時間、燈光控制。 測試結果： 一、發根率：氣霧耕等於或優於土耕，其中金露花氣霧耕發根率達80%，同時對照土耕發根率為0%。地瓜葉測試1.5天即發根，發根長度氣霧耕是土耕的3.53倍，節發根率為93.94%，土耕只有24.14%。 二、移植後：氣霧耕催根後移植於土中，地瓜葉、朱槿、金露花、彩葉草後續成長順利。氣霧耕使扦插變得更容易！

適當的照明可以讓我們閱讀更加舒適，可是太暗和太亮的光線會傷害眼睛，教育部訂定有教室適合閱讀照明標準，然而教室光線是動態的，不同時間照度不同，如果能在教室裡裝設照度偵測器，教室裡的老師和學生才能隨時掌握光線變化。我們先以光敏電阻連接arduino測試是否能準確偵測照度，由實驗結果顯示，光敏電阻的偵測值和照度呈線性關係。進一步，在我們的模組增加紅、綠、黃LED燈，當照射超過750LUX光線時，模組會顯示黃燈，光線低於350LUX時，會亮出紅光，在350～750之間，則顯示綠光，這樣的裝置可作為教室照度偵測顯示器，當不同燈號顯示，可有不同的因應方式。我們的模組也可以進一步主動控制教室燈源，以教室模型和110V燈泡實驗都很成功。

三年來我們推動【廢棄腳踏車～重生】公益活動已經回收了七百輛腳踏車! 本研究進一步結合人工智慧，做了一個FB聊天機器人: 民眾只要提供地點、照片就可以完成舉報，並利用遊戲化鼓勵民眾參與。 本研究做出了下列三個全台首創的AI應用: 1.辨識廢棄腳踏車: 利用Google Vision API結合人工智慧類神經網路，判斷民眾上傳的照片中是否有廢棄腳踏車。 2.門牌辨識: 人工智慧結合Google Vision API及Google Maps API，從門牌照片解析出地址。 3.案件評分: 人工智慧根據各種數據判斷舉報案件是否真實。 經過反覆實驗訓練，它幾乎與人類專家所做的一樣好! 本研究進一步歸納實驗成果，提出「2-4個隱藏層、每層5-20倍輸入項目的神經元數量」的MLP最適配置，可以廣泛應用於未來相關領域。

已知內八及外八姿勢會影響健康，醫療上利用矯正鞋墊來改善，但大多半年追蹤一次，無法達到即時矯正的效果，因此引發我們的研究動機，我們利用足底壓力分佈的原理，製作能偵測站姿及走路是否內八或外八並具有即時提醒功能的穿戴式裝置，使用方法是當壓力超過設定的門檻值時，手機便會發出圖示及語音警告，我們還建立資料庫進行長期紀錄，期待能更精確地矯正姿勢。我們研發的第一代穿戴式裝置可即時偵測內八及外八的站姿，並在手機上發出圖示及警告，但是速度慢且無法長期追蹤記錄，因此我們進一步研發第二代穿戴式裝置，不只能精準地在站立及走路內外八時，手機發出圖示及語音警告，且速度更快，還可記錄以達到長期追蹤效果。

遠端遙控及自動駕駛是當今世界各國極力發展的科技，在軍事和民生運用廣泛。本作品旨在探討如何利用簡單的材料及作法，完成一架水陸兩用的遙控氣墊船。從蒐集文獻資料著手，先製作CD氣墊船了解基本的飄浮原理，接著測試葉片推進及在陸上移動的可行性，再來製作簡易氣墊船，利用不同船身結構做比較，並且設計一代遙控氣墊船，在實驗失敗中找尋方法並且改進，重新設計二代遙控氣墊船，達到簡單、便宜、遠距離、快速等目標。

彈珠撞擊釘子的運動方向與四年級力與運動的課程相關結合五年級的資訊課Scratch的程式，將實體的運動方式，以虛擬的程式呈現。我們發展多元釘板的彈珠檯，以便於觀察與討論彈珠在受力後運動的情形。實驗中藉由牛頓運動定律改變檔板弧度、彈珠彈射力道等變因來操控彈珠的方向，設計五種不同弧形檔板；利用彈力公式，彈簧在不同伸長量會產生不同的力，找出最佳的中間型鐘形分配圖。 以我們現今最方便的手機彈珠檯遊戲切入，再進行實體的探究。我們先以文獻的討論，了解彈珠的落孔情形，進而分析、比較彈珠的進洞機率，以研究中間型鐘形分配為主，改變釘子排列與檔板的弧度配合不同的力量找出作符合實驗期望模式，再以Scrath依探究結果設計出彈珠檯遊戲。

本研究藉由先前製作太陽能庭園燈的經驗，想從市售庭園燈─太陽能發電(蓄電)的材料與原理為出發點，開發出風力發電(蓄電)的小模型；將風所產生的動能透過齒輪組的傳輸產生電力，並進而把電儲存於超級電容，等到風力靜止時，超級電容裡的電力即能提供LED發亮。從探究的實驗中動手製作小模型，讓課本所學的知識能融會貫通。