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生活與應用科學科(一)科

靜電密碼-無接觸電極感應探究

在求學階段大家對靜電這個名詞都不陌生,但基本上都只能背誦,例如毛皮摩擦塑膠尺,毛皮帶正電,塑膠尺帶負電;絲絹摩擦玻璃棒,玻璃棒帶正電,絲絹帶負電。靜電確實存在,而且稍碰即逝,接觸到的當下,電子瞬間就會導引掉,所以我們很難利用接觸的方式去測量。 本研究主要針對靜電的電性進行探究,從基本靜電實驗開始,逐步深入探討, 並利用電晶體可以放大訊號的特性,將電晶體串聯起來,增強放大效果。結合LED燈與蜂鳴器做為指示燈與警報器,當有微電流靠近時,警示燈與警報器便會通電,由燈號、聲響可以快速的判斷是否帶電,與電的極性。最後再進行改良,使系統能在準確、快速、安全且便宜的前提下讓所有學生不必再用死記硬背的方式記錄,並以實驗記錄取代,在工程上也能使用此系統在無接觸的情形下進行電力判別,使施工、維修能更加安全,大大的改善生活。

智能手語學習輔助遊戲

本研究透過擷取手勢關鍵點和臉部座標,開發了自動辨識手語程式。在持續的改良下,平均辨識率從68%進步至85.2%。以此基礎延伸發展,我們將”手語的意義、動作與情境故事性”互相結合,設計了三種類型的手語學習輔助遊戲("單詞情境遊戲"、"相對字詞比較遊戲"、"相似手勢比較遊戲")。80%以上的使用者認為我們研究的智能手語學習輔助遊戲,能輔助學生學習臺灣手語本土語言課程,能提高手語學習的動機與成效。 另外,我們也設計了”自動化生成程式 ”,讓有教學需求的老師或是自學需求的學生,可以針對需要練習的手語,快速地自動化設計出手語遊戲。讓手語學習者可自主複習手語動作;教育者也能夠適時輔導部分個案提升個案手語動作的精確度。

科技農夫出任務-智能農田灌溉系統

當全球受極端氣候影響之際,大家都得面臨各種面向的衝擊。我們所在縣市的農田灌溉水源主要取自濁水溪、清水溪,根據行政院農業委員會-農田水利署網站提供的資料,全縣並開鑿地下水井約459口,平均每年用水量約15億立方公尺,其中取自地下水約2億立方公尺。 我們發現學校附近農田,是屬於灌溉渠道的末端,所以,在枯水期時,會大量地抽取地下水來使用如此恐會導致地層下陷的情況發生。本作品將探討農業使用地下水灌溉所面臨的問題,並提出以科技為基礎的解決策略。改善農業抽取地下水,而導致地層下陷的問題以確保農業與環境間的永續發展。

RFID雲端自動積點AI辨識回收垃圾自動開蓋垃圾桶

本研究主題是RFID雲端自動積點AI辨識回收垃圾自動開蓋垃圾桶,為了改善校園環境垃圾分類不確實,減少海洋垃圾的汙染,又可減少人與垃圾接觸的機會,降低細菌、病毒的傳播風險。本研究結合人工智慧影像辨識和機電整合自動控制與IoT技術,透過程式設計實現整體功能。 利用課程所學,將回收垃圾以不同數量、背板等來進行AI模型訓練,探究最佳辨識模型,並將訓練好的模型上傳到Pixetto AI鏡頭上,透過AI鏡頭進行回收垃圾影像分類辨識,運用程式驅動馬達開啟正確分類回收垃圾桶蓋,將辨識數據藉由IoT上傳雲端,達到垃圾分類更準確且減少人與垃圾桶接觸的機會,希望藉由獎勵制度有效地提升分類回收垃圾量、降低海洋廢棄物數量。

嚴以「綠」己、未來「無線」! 無線充電技術運用於未來綠能停車場之應用

我們研究的是如何實現未來電動車需求的綠能充電停車場的可行性探究,旨在改變電動車充電方式並結合綠色能源。經實驗量測結果得知,無線充電裝置在感應電勢較強的情況下可直接透過調整線圈的感應距離獲取所需的電壓,因此未來可應用在不同電動車的充電,為不同電壓需求的電動車提供所需電能。另外,在穩定供應電力需求方面,我們藉由並聯多片太陽能電池板增加發電量,並搭配良好的儲能蓄電裝置可提昇太陽綠能的供電效益,可以更穩定的提供給多台電動車同時進行充電。實驗也發現,透過偵測模組感應線圈上的電流變化可同時感知停車格使用數量。因此,我們的研究作為將來結合綠色能源與電動車無線充電技術設計的未來綠能停車場有顯著地證明得以實現。

百無一漏

研究探究找出最適合的漏水偵測器與安裝在最適合的位置,完整的系統智能邏輯判斷可以知道每個用水裝置的狀態或哪段水管發生漏水。模仿臺灣3房1廳1衛浴水管竣工圖自製家用水管路實驗模型,作品的Arduino偵測到漏水,優先自動開啟水管上的常開型電磁閥,停止水供應,再透過無線通訊方式傳訊息到屋主手機APP,明確告知屋主是哪段水管漏水。搭配電磁閥自動停水方便維修人員區域性維修,不需要整間屋子停水。藉由自製一套與臺灣水管竣工圖相同等級的作品實體雛形,進行各種不同的使用情境測試、記錄和分析後得到重要且有效的實驗結果。實驗結果證明本作品可以解決任何位置漏水的費時費力查修問題,並且提早停止繼續供水達到水資源環保不再浪費。

捷運AI異物辨識及智能煞車輔助系統

台中捷運發生吊臂掉落,造成傷亡慘重。我們查找文獻缺失,利用機器學習Google Teachable Machine和數學相似演算法,做出AI異物辨識系統,解決捷運無法主動偵測異物的問題。經文獻得知,列車煞車需167m,我們透過鏡頭變焦和倍率放大提高辨識距離。用Mediapipe Holistic和角度比值演算法解決距離辨識的問題,做出險阻手勢AI辨識系統,解決隨車員和月台保全無法溝通的問題。用MQTT傳輸技術,設計無線控制按鈕,經由ESP32和L298N控制列車啟閉,減少隨車員尋找鑰匙等流程,錯失救援時間。此外,我們建置的系統將軌道沿線辨識異物,上傳Google雲端試算表,供政府進行預防措施。

生成式AI與人類互動情緒之研究

本研究深入探討生成式AI在國語文課文中在情感分析與模擬方面的潛力。透過生成式AI技術,對多篇代表性課文進行情緒分析,並設計問卷收集師生的真實感受,結果生成式AI能準確捕捉和模擬文本中的情感,與師生實際情感反應極度相似。研究的獨特貢獻在於創新地將生成式AI與教育心理學結合,開發出一套量化的情緒指標評估系統,提升語文教育中的情感理解深度,並輔助教師設計更具情感共鳴的教學材料。此外,生成式AI在心理健康輔導亦展現潛力,幫助識別和管理學生的情感狀況,提供有效的情緒評估方式。本研究不僅對國文教育的情感分析精度具有重要意義,還為跨學科的AI應用研究提供新的理論和實證支持,為生成式AI在教育和心理輔導提供廣泛應用的前景。

行人警示系統之開發與研究

台灣近年來,行人與汽機車的交通事故頻傳,我們開始思考是否可以開發出一套行人警示系統,來輔助駕駛了解前方路況,即時提醒駕駛需禮讓行人,同時告知後方來車前方路況,減少追撞事故。我們使用Yolov8進行斑馬線與行人辨識模型的訓練,Python程式執行模型進行物件偵測,Supervision進行區域內物件數量的統計。經由條件設定,判斷車輛前方是否有行人或是斑馬線,若車輛前方有行人,將於影像畫面中顯示警示標語,發出警示語音提醒車內駕駛,降低汽車與行人的事故發生機率,同時送出藍芽訊號使警示燈顯示動態警示燈號,提醒後方駕駛前方路況,降低前車因禮讓行人而被後車追撞的機會。我們已經成功開發出『行人警示系統』,並可成功上路使用。

甲你纜牢牢-海底電纜之穩定性及意外防治

海底深處的電纜是沒有任何保護措施的,很容易被漁船等人為因素破壞。 在本研究中,我們 設計了三條漁船可能經過的路徑,分析魚鉤破壞裸露電線的機率。而後為電線 在埋設與敷設的交界處 加裝壓克力圓管、塑膠方格隔板、白棉、管狀海綿、壓克力圓管內填矽利康等方法 做 保護,比較 不同的材料對電線 的防護程度。 透過實驗,我們發現當魚鉤與電纜線成垂直時 被勾住的機率最高 在保護措施上, 使用塑膠方格隔板 可完全避免纜線受到破壞,保護的效果最佳。