生活與應用科學科(一)科

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。

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。

本研究製作了一個以Arduino讀取霍爾效應磁場強度感測器49E輸出電壓獲取手指寬度與深度的設備，藉由測量100隻手指並且交互比對後，證實以Arduino使用磁場量測的手指骨型也可做為一種生物特徵鎖具的鑰匙功能，且單一手指可以達到低於0.5%的誤判率，以多手指之判讀條件的方式更可進一步降低誤判率，且利用手骨辨識方法價格低廉。

高斯計是一種磁場檢測計，用於檢測磁場強度，像電動機及發電機的磁場強度，影響著功率大小及效率的問題，磁場強度的檢測有助於生產品質精良的馬達。然而一支專業的磁場檢測計的價格相當昂貴，我們希望能探索科學知識並自製高斯計，進而運用在更多的方面。 從改善第一代的擺盪式矽鋼片開始，針對第二代的霍爾元件式的檢測實驗，最後第三代的控制ARDUINO結合LCD顯示介面，成功檢測出磁鐵的極性與強度數值，達成快速與穩定的效果。 在生活應用方面，以線徑0.4mm的漆包線自製電磁閥，實驗測得近600公克的磁吸附力，發現磁場強度與磁吸附力的關係，以及磁場強度與馬達功率的關係，成功實現了高斯計的多元應用價值。

本研究從日本傳統紙相撲遊戲發想，設計自動振動擂台進行相撲紙偶的競賽，期待能在校內舉辦各種形式的紙相撲競賽。本研究的擂台設計主要包含：雙層擂台檯面設計、振動馬達選擇與固定方式、以手機App遙控Arduino藍牙裝置改變輸出電壓值。 本研究發現：一、當雙馬達的振動頻率愈高，紙偶能越快分出勝負；二、當雙馬達振動頻率越高時，振幅隨之變大，無法完全確認振幅與頻率交互作用的影響；三、當雙馬達轉動方向相同時，爽身粉會在鋁板上旋轉，當雙馬達轉動方向相反時，爽身粉則向同一方向前進；四、馬達固定在角落時，振動效果佳，能有效分出勝負；五、振動馬達觀察克拉尼圖形時，無法達到克拉尼圖形中的駐波變化。

本研究主要探討如何增加太陽能電池的效能，我們研究如何讓陽光同時照射上下兩片太陽能板並且能夠自動轉向太陽的裝置。一般的太陽能電池為單面受光，我們設計了雙面受光的太陽能板，上下兩面太陽能板皆能照射到光，如此可以節省成本及增加效能。 為要達到最佳的光電轉換的效能，實驗透過兩組光敏二極體測量四個方位的光照值，透過程式的計算並命令伺服馬達轉到目標角度，使太陽能電池板面始終保持垂直面對太陽的狀況。 由實驗結果得知，太陽能電池藉著自動轉向機構確實比固定角度的機構更能得到好的光電轉換效能，並且藉著鏡面的反射，背面的太陽能板亦能得到太陽光的照射，因此，實驗結果達到我們預期的效果。

本研究源於參加Power Tech科技創作競賽，要製造一隻兼顧「接力賽」及「拔河賽」的蟲蟲機械獸。結果發現： 一、連桿越長蟲蟲移動速率越慢。 二、有軌蟲蟲較無軌蟲蟲走得快。 三、防滑貼條位於身體後段，速率最快。 四、蟲蟲後段身體過輕，導致行走翻覆；而蟲蟲後段身體過重，蟲蟲會拉不動配重。 五、重心位於後身前端或中間，行走速率最快。 六、曲柄越長，行走速率越快。 七、配重為4個螺帽、6個螺帽時，以連桿12cm蟲蟲速率最快。 八、後身高度為5公分，角度為20度的負重量最大。 九、防滑貼條貼在前段時，負重力較佳。 十、當重心位於前段，且角度介於10度到20度時，負重量增加。 十ㄧ、防滑貼條摩擦力適中，負重量最大。

本研究以家庭污水做為研究對象，根據專家說明，污水處理效果要好，需精確掌握好氧菌的數量及停留於污水槽內的時間，藉助科技輔助，設計一套智慧型家庭污水處理槽系統，藉此遠端監控家中排放的污水處理狀況。 研究結果顯示： 1、能建置一套有效能的智慧型家庭污水處理槽系統。 2、能提供使用者利用手機來遠端監控家中戶外之家庭污水處理槽系統。 3、能讓使用者利用手機來了解家庭污水排放水質數據是否符合排放標準。 4、能提供家庭污水二次再利用之系統建立。 5、能建立一套節約能源的智慧型家庭污水處理槽系統。 期望藉著家家有【智慧型家庭污水處理槽系統】的理念推廣，並傳逹守護河川的環保概念，呼籲更多人關心水的關係變化並珍惜水資源。

傳統冷次定律實驗，只能測量磁鐵進出鋁管的時間，得到其平均速度，極少討論磁鐵在鋁管中瞬時移動。透過Arduino操作超音波感測器及示波器，探討影響超音波反射波大小的因子和追蹤管內移動物體位置之可行性，發現當反射波訊號超過40mV即可啟動感測器，距感測器較近物體的反射波會先啟動感測器測距，因此超音波感測器具有最短測距的特性。以Python及Geogebra撰寫聲波傳播的模擬軟體，觀察到波的指向性受發射的口徑和頻率影響，可算出感測夾角。應用於自由落體及冷次定律實驗。最後，我們開發轉盤式與雙感測器式兩種超音波二維定位儀，測量半徑50cm內的物體，測量誤差可控制在1.1cm內。

水溝清理機器人加裝導輪後約為29.5公分。清理模組採用「撈取式」來設計卡榫式鍊條、帶動棘輪和挖取鍊條，配合1：6的減速齒輪，能增加扭力。傾斜角60度搭配5個挖取鍊條，有最佳的撈取效果。車架採用三角形結構，車輪改成「棘狀後輪」，馬達加裝1：10的減速齒輪，穩定性高，能在泥濘的地面前進。採用NCUE BRAIN GO智能模組連接前後兩個超音波感測器，可判斷陰井位置，自主在兩個陰井間來回清理。前進動態為前進4秒倒退2秒，能有效脫離汙泥障礙。一邊前進一邊捕撈有最佳的捕捉孑孓效果，如果放置定點，捕捉效果較差。