生活與應用科學科(一)科

本研究主要是對M.C-Escher手繪的各種極限圖(帶狀極限圖、正方形極限圖以及圓極限圖)進行結構解析，並探討其背後的理論與方法，運用本研究的理論方法、結構解析與格線系統，在適當軟體支援下，將可以輕鬆作出富有創意且可完全密鋪的動物磁磚圖樣。我們也利用雷射切割機將本研究設計的正方形極限圖產出拼圖板，而本拼圖板可有數種不同玩法；本研究亦可應用於跨領域教學(藝術人文、資訊、數學)、建築設計、科普玩具及相關創意設計圖。

本研究旨在探討影響尾鰭推進游動式(BCF)機械魚游速的因素。本研究是將市售仿生機械魚進行改良，從材質特性、形狀、面積、夾角、浮力、穩定度及浮心位置等因素著手，改變材質、尾鰭、浮球後，將機械魚放入自製環狀水道，測量機械魚在水道上繞一圈所需的時間，找出機械魚的最佳化配置。本研究總整了35隻機械魚、420筆實驗紀錄，結果顯示：薄PP板(3mm)材質、叉型夾角90°尾鰭、前面浮球向後1cm(浮心極靠近質心)且浮球材質為乒乓球的機械魚，游速最快，成功使機械魚繞環狀水道一圈所需的時間減少27.2%，大幅提升了機械魚的游速。本研究結果，也能在大體積的水道中重現，展示改進市售仿生機械魚運動表現的可能性，有助於提升人們對魚類游泳之仿生機構的認識。

本研究透過收集資訊的能力，藉由網路資源、手機APP功能，期許達成測量物體高度誤差小於1%的目標。最後找出能以最小誤差來測量臺北101大樓的方法。 最初先嘗試不同測量物體高度的方法，討論過程中發現隨著不同角度，物體距離與高度存在規律的倍數關係，利用網路搜尋發現這就是三角函數的基礎概念，最後選定以此方式來測量臺北101高度。 研究發現，以簡易手機自拍三腳架、手機角度APP，在臺北101大樓仰角45°的周邊地點中，以臺北市府廣場測量臺北101大樓高度是最適當的地點，平均誤差在1%以下（0.356%），最低測量誤差甚至達0.007%（誤差3cm）。

住在臺灣很難避免受到地震的威脅，當地震發生時，有許多家庭因為門窗變形而無法順利逃出建築物，本研究探討—能在地震發生時自動開門的「感震防盜門鎖」之可行性，我們從文獻探討了解地震的分級與加速度有關，進而利用加速度感測的功能進行作品設計，首先為了能在5級以上地震發生時自動開門而進行第一代「感震門鎖」設計與製作、為了防止小偷入侵而改良的第二代「感震防盜門鎖」及能夠由中央控管系統自動開啟建築物所有門鎖的第三代「分離式感震門鎖」，最後經過校正及地震模擬實測，確認三款門鎖都可以有效偵測地震並將門開啟，最後經過與第一線消防人員訪談後，證明本研究作品對於居家防震的準備是具有可行性的。

本研究藉由牛肉新鮮度下降會引起顏色變化的機制：肌紅蛋白莫耳吸光度波形在527nm處相交，其固定濃度下總吸光度為定值；在572nm處可測出總吸光度隨變性肌紅蛋白所佔總體比例的增加而下降，開發出檢測裝置作為鮮度計。以D1 mini整合2種單一波長527nm，572nm LED為光源，及BH1750光照度計量測入射光量和透射光量。並以MicroSD卡記憶模組紀錄，計算肌紅蛋白變化率Mb%，來判定牛肉新鮮度。再改進光源為高亮度晶片型LED，縮小體積和TSL2561光照度計模組，運用反射式的偵測不需破壞肉品，加入OLED顯示模組立即顯示計算結果，並由使用者按鈕主控檢測，改善使用者經驗。能有效協助消費者檢測出已超過保存期限牛肉而未敗壞者，可減少食物的浪費，並且可避免誤食敗壞的牛肉引發中毒損及健康。

每到學校打掃時間，我們常看到同學擦不到高處的窗戶或不想擦，因而聯想到從事清潔玻璃的工人，因PM2.5的夢魘未改善，又得搭乘吊車、冒生命危險擦洗大樓窗戶，加上曾在網路上看到自動擦窗車，所以想改善這些問題。我們以資訊課學的Scratch3.0編程、運算擦窗面積及路徑長度，設計三大類擦窗路徑，再以mblock轉換成Python語法、以Excel作數據分析。 研究結果為：「直線來回法」乾淨度最佳；「六角形法」最省水、也省電，節能效果最佳；「雨刷法」最省電，擦窗效能最佳。未來，希望能應用在日常生活中，代替人類進行玻璃清潔的工作，無論高低或大面積的窗戶，都能讓擦窗車在〝拐彎抹角〞時，達到最佳的清潔效能。

我們撰寫腦機介面程式，用低成本單電極的腦波儀讓智能車移動，實驗後發現專心度會隨著訓練而提高；在過程中看出每個人的腦波好像都不相同，所以嘗試從大量又凌亂腦波信號中萃取到四種有用的統計特徵值，再用近鄰演算法做生物辨識，正確率達到九成七以上，並實做出創新有趣具腦波解鎖應用的智慧家庭系統。此系統運用圖形的mblock、程序的C和交互式的Mathematica等程式語言，特色包含可傳訊息到手機上的緊急救難LINE通知功能和中文語音合成功能。設計出固定式的跌倒偵測和一氧化碳偵測裝置，與整合各種元件的腦波可控智能車，能自主偵測環境指標和災害意外指標並能適時提醒。我們相信唯有探索最難破解的大腦祕密，才能朝向直接用腦訊號控制和意識交流的方向前進。

偶見一則【學校導護發生意外】新聞，看完後在我們內心衝擊非常巨大，於是想要解決這問題。又從日常觀察校門口發現不論有無紅綠燈、斑馬線等，導護的生命安全一直存在危險之中。於是利用micro:bit藍芽功能設計中控台，配合超音波、紅外線來測量是否有來車的訊號與行人端人臉辨識鏡頭、PIR偵測是否有行人的訊息，決定何時控制導護桿的收放、紅綠燈閃爍。也導入自動語音播放功能來協助視障人士，可以知曉所剩餘的通行時間。導護桿上裝置超音波感測元件，可於發生車禍時透過IFTTT傳簡訊通知導護和警察局，達到即時救援。最後再加強行人穿越道上裝置地面紅綠燈，警示低頭族注意狀況。希望這項作品能夠讓導護降低發生車禍的機率，減少遭受危險。

本研究主要應用AI影像辨識將大型車輛轉彎內輪差及視覺死角危險區域內的行人及車輛定位，立即以語音對駕駛警告危險位置，避免車禍發生。本系統先於Windows 10 PC上的Anaconda3 Spyder 環境以Python3使用OpenCV函式庫開發，並叫用YOLOv3來進行物體的辨識，能正確辨識行人和車輛並正確定位，配合大型車內輪差的計算判定危險性。程式最後佈署於NVIDIA Jason Nano Ubuntu 系統下並安裝於大型車輛。不同於一般行車視野輔助系統僅以測距的感測器偵測，本系統能明確得知人車種類，明確標定位置，並能立即判定有無危險，更立即以語音警告駕駛，且不干擾駕駛的視覺注意力，同時也擴音警告車外的用路人。研發過程中還設立了車輛影像辨識研究平台，期望後續研究能和自駕車的發展結合造福更多的駕駛及用路人。

四年級自然課第一次接觸到萬花筒，覺得很好奇；五年級暑假的科學營，開始探究萬花筒。仔細觀察後發現：萬花筒可以千變萬化的機制是：受重力作用而隨機變化的物件與無限反射的鏡片組。柱狀萬花筒：鏡片數為2時，夾角越小成像數越多、越趨近圓形；鏡片數為3、4、6時，能形成完整成像，有無限延伸的視覺效果；鏡片數為8、9、10、12時，成像類似花蕊和花瓣的效果。塔型萬花筒的成像有球體浮凸效果，斜邊越傾斜，球形成像越浮凸，徑長越短；搭配偏光片和膠帶為物件時，會產生與本體不同的繽紛色彩。 最後我們根據研究結果研發出魅力四射、滾動星球、光之花等特色萬花筒，其中炫光寶石萬花筒與機電整合成聲控變色小夜燈。