生活與應用科學科(一)科

本研究由水位高度偵測器連結UNO板與麵包板再連結電腦端的讀值找出與水位高度的穩定關係，藉以獲得最佳靈敏度的水位高度偵測器，此裝置特點有： 一、 在地性： 台灣地處熱帶、亞熱帶，常有雷雨豪雨，本設備可告知車行地下道淹水高度與位置，即時啟動警示柵欄，降低災害的發生。 二、 創意實用性： 利用簡單電路，連接水銀、紅外線、光敏電阻偵測器並將偵測之訊號，結合電路、電腦軟體 S4A，並連結手機APP，有攜帶便利與即時傳訊的特色。 三、 教育性： 應用自然與電腦課程的結合，製作簡單的機械裝置與S4A程式，達到與現代智慧生活結合。 四、 科學性： 透過實驗培養對科學過程的態度，如觀察、提問、擬定步驟、團隊合作等。

地球能源危機日漸嚴重，石油、媒礦、天然氣，漸漸消耗地球本體能源而不可逆，核廢料的產生、空氣汙染的造成，如何找出兼具環保的再生能源，為未來能源方向主流；在校溫差發電實驗，一塊晶片，成本低、安裝方便，透過溫差竟然能發電，好奇心驅使，我們將晶片帶往日本，更極端氣候的北海道，嘗試更佳的發電效果；透過老師指導，我們學會運用物聯網晶片，轉換成實際電壓值、找出不同的安裝位置，期許達到更佳發電及儲電目標。在不同地點安置溫差晶片，觀察並紀錄電壓，發現車輛排氣管溫度非常高，在沒有強烈冷源的情況下靠散熱風扇跟行駛水箱護罩的風量散熱；一再實驗，在老師建議下，加裝蒸發器改善冷源來源並穩定儲電於行動電源也可以幫手機充電。

現今的臺灣，因燃煤發電所產生的空汙問題日益嚴重，而在氣候變遷與追求永續發展的趨勢中，綠色能源的應用勢必成為我們未來發展的重點。臺灣因得天獨厚的地理位置與季風的盛行，非常適合發展風力發電；因此，我們借用古人的智慧，以垂直軸風車為基礎，融合現今的創意，利用3D繪圖列印技術，設計出「固定式葉片」風力發電機模型，並進行一連串生成電壓的施測，研究結果顯示：垂直軸風力發電機的最佳葉片設計為「厚紙板材質」、「芭蕉扇形」、「數量3扇」、「角度0度」、「中型面積」、「與軸心距離4公分」。

本研究主要探討如何設計出兼具滯洪、警戒、隔熱、生態功能的綠色屋頂裝置設計。 首先，針對氣候變化進行探討，發現台灣目前降雨量逐年增加的情況並不明顯，但降雨有集中在一個月的2-3天的現象，大量集中的降雨宣洩不及甚至回堵，使得原不會淹水的地區亦發生洪患，而氣溫變化部分也有越來越常出現高溫日的現象。 其次，就滯洪需求部份以高度500mm加上風吹不傾倒設計儲水容器，並利用超音波感測水位高度發出警戒訊息，並進行蓄洪排洪程式設計。接著，就綠屋頂部分最佳栽培條件為粒徑4-8mm之發泡煉石、提供氣霧維持濕度95%之供水方式種植高度60-75公分植栽。 最後，將研究獲得的各種資訊整合設計後製作出綠色屋頂裝置。

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。

本研究以MIT App Inventer 2積木程式實作黑白棋App。其中AI棋手程式的估值函數參數有位價值、翻轉數和行動力。位價值是由預編的位置價值表查找，翻轉數是核算該棋步的翻子數量，行動力是前瞻一步時我方與敵方的合法棋步數差值。App下棋操作介面的設計，具有人與人、人與AI程式及AI與AI對弈等三種執行模式。其提供完整的棋步紀錄、合法棋步的提示及回溯上一步等功能，方便學習者使用。以內建的AI棋手程式對戰作實驗，用勝率來評估人工智慧程度及優劣，並可藉以不斷的調校權值以達最佳智能。結果可知：具有棋局遊戲開局、盤中、終局三階段走法有不同加權者的AI智能較高。未來還可將遊戲樹等相關AI走法搜尋演算法加入實作。

科技日新月異，距離測量機的發展也不斷被改良，本小組為了與學校課程做連接，決定探討超聲波之性質，同時也結合生活應用，並培養科學研究之精神，嘗試開發非接觸式之語音自動量身高系統，並設計能將結果自動匯入資料庫的程式。 因此，我們決定使用超聲波模組來測距，取代市面上常見的固定式身高體重計。同時為了與已出版之超聲波身高計有所區別，此系統另外搭配了語音模組及LCD模組（液晶顯示螢幕模組）以方便得知測量值。最後，我們設計了一系列實驗來調整系統，希望能達到一般市售身高體重計的精準及穩定度。如此一來，就能同時兼收「省時」、「省力」、「省空間」、「省成本」四大優點。

醫療級紅外線額溫槍有較準確、可回廠專業校正兩個特點。使用現成的器材及一部份回收材料，也可以減少電子垃圾產生。主機利用自製零件配合簡單機械和感測器，以伺服機代替人的手指按下開機鍵和測量鍵，測量完會自動展示量出來的溫度，進而達到非接觸測量的目的。這樣除了減少門口防疫站老師較近距離接觸陌生訪客的感染風險，班級教室更可以減少每日群聚測量的風險。在重做歷程中，也一併學會了更多的 3D 列印技巧並設計實驗，收集數據，來探討和改進研究過程中發現的問題。

無汙染之乾淨能源是未來能源的發展趨勢，校園有較空曠的空間可進行風力發電的實驗，為克服被扇葉打中的恐懼，故利用較輕的圓盤紙風扇，若取得發電效率更好的風力發電機，搭配圓盤紙風扇固定於學校川廊上方空間，不僅可發電利用也可用於教學，甚至可作為裝置藝術。自製風力發電機組最佳狀態是有集中風力的風管穩定發電效率、凸唇朝向迎風面、風速快、扇葉傾斜90°、展開5片以上葉片及距離出風口越近越好。本研究裝置是利用氣流沿著扇葉快速通過扇面孔洞，導致扇葉兩側壓力差形成一推力，且課本簡單機械中有教到物體要繞支點旋轉需產生足夠力矩，故氣流越快通過扇葉兩側的壓力差越大，能轉換的作用力就越大，產生的轉動力矩也就越大。

我們創新實作一套居家照護系統能每天定時啟動，自動送藥給行動不便者、視障者、失智者以及老年人。我們的智能車有三種行動模式，一是自行運行在具有定位功能的循跡線上，二是主動結合迷宮避障與藍牙測距來搜尋需求者，三是需求者利用影像鏡頭與藍牙做遙控，往所在位置移動，傳遞該吃的藥品並量測體溫。而為了提醒吃藥，智能車透過語音、LED和蜂鳴器來引起注意，運用機械開關可得知有沒有取藥。如果遇到緊急狀況時還會主動求救，經由內建的Wi-Fi元件發出LINE通知，立即傳到家屬或醫療單位的手機上，並且能隨時傳回相關的數據，包括何時吃了藥和體溫等。最後為了因應近期COVID-19的流行，智能車行進間可進行紫外線消毒防疫作業，以增進環境衛生。