生活與應用科學科(一)科

本研究目的為探討太陽能最佳發電方式。首先，發現太陽光經過菲涅爾透鏡與光柵分光後出現中央亮紋及第一階亮紋分布；經實驗設計出與太陽光接近之模擬太陽能光源做為實驗對照組，減少使用太陽光之不穩定實驗環境的影響。 接著，實驗後發現紅、綠、藍光與紫外光等波段能使太陽能光電板發電，紅外光能使溫差發電板發電，但環境溫度上升卻會造成發電效率降低，考量質輕、耗能低且降溫效果佳後，以壓電馬達霧化降溫方式為目前最佳降溫選擇。此外，本次實驗透過光柵進行有規則的分光，再依不同電壓加裝升壓模組，可延長太陽能光電板的使用壽命。 最後，設計出兼具光能與熱能發電、降溫功能之太陽能發電裝置試運作並持續改良中。

台灣進入超高齡社會，設計枴杖以達防傾防危助老。 研究顯示：(1)市售枴杖以單點拐為主，約占82％。(2)枴杖底面積與傾角呈正相關，杖長與傾角呈負相關。(3)(抗力矩/施力矩)比值與傾角呈正相關。當比值正六邊形>正五邊形>正方形>正三角形。(4)超音波距地地高度與可測距離呈負相關。若距地高0-10cm，可精確量測距離為2~200cm及400cm間。(5)障礙物偏轉17~63度，測距與偏角呈正相關性，若角度>63度，超音波測距近乎失效。(6)體溫趨勢：頭>身>四肢。量測體溫修正：正確體溫=舌下溫=手掌測溫+2.31度C。(7)正確環境溫= 26.63+(感測溫-26.63)*1.33。(8)自動量測步數：枴杖步數正確率與振數常除數N值呈正相關。當N=8時，正確率約為97％，可由枴杖步數反推人行走步數。

我們希望能用簡單、不破壞食材本身的光學方法，就能檢測到食物的鈣含量，研究方法是以牙菌斑顯示機，搭配不同顏色、不同層數的玻璃紙，不需在暗室的環境下拍攝照片，以肉眼觀察亮度與軟體分析RGB三原色並進行探討。而實驗樣品則是以不同混合比例的碳酸鈣水溶液為對照組，再漸進到含豐富成份、外表有不同顏色的食材。結果顯示，多層數黃色、紫色玻璃紙仍具有足夠亮度可以看清樣品，而綠色玻璃紙就完全看不到，此結果與相關的文獻螢光光譜一致，軟體分析RGB三原色強度更進一步確認食材是否為高鈣含量，與文獻上生化方法檢測食品鈣含量高低也有一致效果。

學生在生活中常常不知不覺地彎腰駝背，導致姿勢不良，造成肌肉以及骨骼受傷，通常在健康檢查照X光才有所發現，為時已晚。「挺立」系統設計的TM POSE在不同情況下平均準確度達80%以上；全身辨識部分準確度也達85%。此系統設定TM POSE當作第一層把關，若辨識後的信心度不足0.8，透過MQTT，啟動第二層全身辨識系統，最終的判讀結果透過語音朗讀的機制即時回饋給使用者，即時提醒身體何處「姿態不良」，可盡快調整站姿。「挺立」系統當作「不良姿態」檢測的把關先鋒，照顧所有師生，讓我們避免於脊椎病變引起的疾病，實屬不易。

本研究提出一種雙槓桿省力抬升重物之手推車設計，達到不用彎腰、省力抬升、自由移動三重目的。同時也探討重物被人體槓桿放大的情形、宣導正確搬重物姿勢。 我們自製關節頂點定位器、骨骼長度測量器、穩定施力測量器，用來製作人體模型並模擬、測量搬重物時的各種姿勢。研究發現：任何徒手搬運重物的姿勢，身體槓桿都會把重物重量放大，甚至放大到15倍！ 為了能省力在室內搬重物，並突破市售電動升降推車只能垂直升降的缺點，我們在第二類槓桿的雙輪推車上裝了電動型第三類槓桿來抬升重物，利用縮小模型進行實驗，找出最佳組裝結構。 結果顯示，我們的創新推車可抬升重物96公分、省力75.4%，能靈活自由移動。而且成本只花三千五，成功達成目標！

我們的研究是眼睛，眼睛是靈魂之窗。根據林隆光(2010)指出當兒童太早患有近視疾病，隨著年紀增加其視力嚴重度也會隨之增加，日後演變成高度近視的機會就愈大。因此視力從小就要開始保護，而近視成因主要為長時間用眼、距離過近且未按時休息等，而閱讀距離也需隨年齡與身高不同而有所調整。 綜上所述，我們製作視力矯正神器，該裝置上方有許多模組，例如距離感測器，可以適當的感測距離，再結合IoT智慧物聯網觀念，手機App能簡易進行遠端操作與提供相關資訊，並即時提醒使用者外，針對不同年級也會提供合適距離數據，並能追蹤紀錄姿勢的正確與否，當錯誤姿勢與閱讀距離不當時會搭配震動提醒使用者，當超過閱讀時間時，也會播放音樂提醒需要休息。

為尋找兼具「酥脆」與「軟韌」多層次口感的爆米花製作方法，我們自製了標準化脆裂度測試儀、觀察碎片飛行方向與距離的靶紙，並使用人工智慧技術與視覺化統計方法，來研製最佳的烹飪方法。實驗中歸納發現以450 度作為烹飪溫度時，若一口咬下爆米花所產生的碎片在口中飛行距離約1.7cm，碎片截面積大致是0.65 cm2、且碎片數量為八片左右，則可獲得較酥脆的口感。反之，若一口咬下的碎片大於原始面積的25%且在口中飛行約1.2cm，則能獲得較軟韌的口感。而在這烹飪手法下放置三分鐘再食用，則更能獲得層次豐富、酥脆軟韌交會的口感。實驗中我們還發現了能將「脆」與「韌」的統計差異性視覺化的「體積飛行球」工具，它能幫助我們直接「觀察」到何謂好吃的爆米花！

本研究使用仿生機器人來觀察在不同救援環境應用時之移動速度差異，透過機械結構之連桿原理進行機器人足部設計調整，以仿生鍬形蟲六足吸管機器人進行模擬實驗測試。經由研究結果得知這類型的機器人能快速平穩行走的最佳設計條件為：六隻腳結構、腳長分別為前足4cm、中足5.5cm、後足4cm時、足底材質為魔鬼氈或菜瓜布。另外，實驗中發現了適當的載重為40g時反而讓機器人移動速度也變快，為了驗證是因為足部摩擦力增加的關係，也另以無載重足部摩擦力實驗驗證了這個推論。我們又改造測試發現機器人的中後足裝上泳足時可在水中最快速移動，綜合以上研究我們成功達到了讓仿生鍬形蟲可以「從水中到陸地」與「從陸地到水中」都能穩定快速進行救援移動的目標。

本研究製作出不殘留、具黏性可承重又可重複使用的乾式膠帶。實驗一到四，使用科技海綿刮CD片後，塗上脫膜劑，脫膜劑陰乾後擠上圓球形的熱熔膠，等10秒後將熱熔膠壓扁，可以製作出分布最均勻且具承重量的乾式膠帶，而脫膜劑會影響乾式膠帶的承重量。實驗五到八，找到不需使用脫膜劑就能提升乾式膠帶承重量的方法，等量的熱熔膠用玻璃片把熱熔膠壓得越薄，乾式膠帶面積越大，承重量就越大；在乾式膠帶上用錐子戳越多小孔洞，可提高承重量，平均承重量可達846.9g/cm2。乾式膠帶適合黏貼在平滑、光亮的材質上，除了可以懸掛重物，還可用來固定保鮮膜和打開塑膠袋口。本作品和歷屆作品比較具有乾式膠帶製作時間最短，水洗後可重複使用及可自行回收再製的優點。

隨著醫療的進步，已開發國家快速高齡化問題日益被重視，根據聯合國研究人口統計，2019 年全球平均壽命為 72.8 歲，逐年增高中，內政部統計國人 2021 年的平均壽命為 80.86歲，與聯合國公布2019年全球平均壽命比較，我國男、女性平均壽命分別高於全球平均水準 7.5 歲及 9.3 歲，2022 年 6 月底全國六十五歲以上的高齡者人口數為 3,983,640 人，占17.18%，由此可見，未來高齡者的社會人口比例越來越高，食、衣、住、行、育、樂等相關產業發展會是極為重要的一環，伴隨著人口老化趨勢，老人照護相關產業備受重視，而因為近期家裡長輩發生跌倒事故，讓我們注意到高齡者伴隨行動不便的問題，希望能藉由本次作品研究的內容，協助事故發生後相關後續處理問題，降低行動不便者因跌倒受傷的嚴重性。