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生活與應用科學科(一)科

應用機器學習實現家務輔助機器人-以收玩具為例

經過調查發現有幼兒的家庭,共同困擾是「玩具亂丟」,目前市面上沒有產品能解決此問題,本研究利用機器學習技術,以自動收玩具為例,研製可協助整理地面雜物的家務輔助機器人。本研究結果發現圓型內置2輪底盤有最佳室內移動效果,觸碰避障有100%避障成功率,夾具可夾取並攜帶2至14公分範圍的玩具或物品,視覺感測模組最佳安裝角度是60度,最佳辨識距離為14~16 公分,統整以上結果作為設計依據,採用邊走邊找法於不同環境實測,在界定範圍內可達到83.33% ~ 98.33% 的收玩具成功率。我們利用無線電波訊號強度設置虛擬圍牆及基地範圍,結果顯示可達 63.33% 的折返成功率及55% 的收玩具成功率,主要是無線電於室內短距離空間,無法精準定位所致,持續改進將可達更實用等級。

「弦」來無事測測看

網路上流傳一段影片,影片中的鴿子不用拍動翅膀就可以飛,「頻率」是造成這現象的主要原因,只要攝影機拍攝的影格率和某個東西週期性運動的頻率相似,就可看到類似時間暫停的現象,稱之為特定運動頻率。自然課學到弦的振動影響聲音的高低,但弦振動太快看不清楚,是否也可以用時間暫停的原理,來看清楚弦的振動? 本實驗使用了micro-bit和紅外線感測器來測量圓盤的轉速,圓盤上的開孔可讓光線閃爍,光線照在金屬琴弦上,閃爍的頻率如果和弦振動的頻率一致,就能清楚的看到弦的振動波形。

隔空點穴--使用ChatGPT與手掌辨識實現穴位保健之研究

本研究開發一套結合ChatGPT4.0和手掌辨識技術的虛擬保健助理系統,用於實現穴位按摩的自我保健。第一步:文獻分析依《刺灸新法》和《針灸科學》作為穴位依據,設計一系列提示詞(Prompt),在多次實驗中,提示詞Prompt E(基礎框架結合COT與RAG)的準確率達到91.1%,精確率和召回率分別為100%和91.1%,也大幅降低幻覺現象。第二步:設計穴道定位演算法標示穴道位置,並邀請兩位中醫師協助檢視,提出建議與修正,使修正後的程式能夠準確標示穴位。此系統具備低成本、易推廣和普及中醫知識的潛力,可在各種場所設置,提供即時的穴位按摩建議。未來將優化提示詞設計、比較不同語言模型的精確度,並開發其他部位的穴位辨識系統,以提高自我保健的便利性和準確性。

看得見聲音?—以傅立葉轉換應用聲紋辨識及判讀警示音訊息

沒注意到警報聲往往使人錯過黃金逃命時間,對聽障者或聽力衰退的老人而言,更是不容忽視的問題。本研究嘗試編寫辨識說話者程式,先用人聲找出辨識特徵方法,以傅立葉轉換得到音檔頻率,再用兩種方法擷取特徵來辨識說話者,得知不同參數對準確率的影響,進而實際應用於辨識警示音。 本研究錄製資料庫和測試資料音檔,建立說話特徵後,分析測試資料特徵,與每人資料庫特徵做比對,判斷說話者是誰。結果顯示,一個音檔中取出越多頻率為特徵對準確率沒有明顯影響。將音檔切為小段分析,對準確率影響較明顯,且每個小段音檔長0.02秒到0.05秒有最高的準確率。找出合適的變因後,在辨識警示音上準確率達100%,並將以Arduino連接LED與LCD螢幕,讓聽障者看得見聲音。

矩陣形省水灑水器

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。

智慧輪椅之研究-應用表情辨識輔助與外籍看護之溝通

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。

Lusa-----圈起泰雅獵人的智慧

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。

潛水艇的潛水功能之設計與探討

國造潛水艇正緊鑼密鼓的進行中,我們藉由很多國家的協助才有辦法建造,我們想透過實作來了解潛水艇設計上的困難。我們的目標就是想做出一台可以透過遙控的方式,讓潛水艇可以從水面潛到水面下,再從水底浮出水面的裝置。經過文獻查找,這是利用改變機器的密度來控制的,其中有分成改變重量或改變體積。當決定方向後,從選用適當的外盒,一直到實驗過程中發現有一些一開始我們沒有想到的問題。在改變密度的過程中,有彈性的容器很容易因為操作的方式改變了它的體積,變成很難操控它的密度。最後,我們還是成功的製作出可以透過遙控而讓機器沉與浮的裝置。藉由這次的體驗,更進一步的了解到為什麼做一台潛水艇是一件難度很高的事情。

以牙還「鯊」:AI影像辨識鯊魚牙齒化石

台南左鎮菜寮溪和玉井曾文溪邊過去幾十年不斷有鯊魚牙齒化石出土,例如:大白鯊、虎鯊、公牛鯊、甚至還有已滅絕的史前最巨大鯊魚巨齒鯊的牙齒化石(生存於2,300萬至260萬年前),民眾採集到一時很興奮,但沒有專家一旁協助辨識鯊魚牙齒化石的種類,卻仍舊很苦惱!因此我們嘗試設計全國第一款有效易用的鯊魚牙齒化石分類手機 App,幫助民眾使用身邊的手機就可以快速辨別鯊魚牙齒的種類!本研究開發的 App 在博物館以及野外實測時可以有效地辨識七種鯊魚牙齒化石,並提供相關資訊和影片,具有實用性,以及「鯊魚小博士」二元樹互動學習的功能,讓使用者可以更有趣地學習鯊魚的知識,深具教育意義,並且在實驗室實測完整及破碎化石可達到92%和88%的正確率。

步步高昇~爬樓梯機器人的終極奧義

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。