成果展示

物聯網


第一名

蓮蓬盥洗裝置

想名稱想到神經錯亂隊


摘要: 目前市面上所販售的蓮蓬頭與水龍頭,大多僅具備沖水與改變水量段速的功能,並無其他益於居家安全、便利與節能的設備。 為達到上述目的,本作品在蓮蓬頭內部安裝三軸感測器,除了一般的洗澡沖水功能外,當意外發生時能夠及時的通知家屬。而在水龍頭的內部增加了水流量感測器,將偵測到的用水量會上傳至雲端紀錄,使用者能透過手機APP查閱;而APP與水龍頭做鏈結時,使用者可在洗澡前使用APP控制水龍頭出水口內的電磁閥開關,預先開啟水龍頭,這樣使用者進入浴室洗澡時,能夠立即有熱水來盥洗,此外,若水溫未到達使用者預設的溫度時,利用水泵將冷水排入至儲水槽中,使作品達到節省水資源;而也可以用APP控制水龍頭出水口內的電磁閥開關,便可將水管內的水流出。 本作品硬體大部分採用3D列印製作,造價便宜、材質環保且製作便利。 動機: 現今社會走向高齡化社會,獨居老人的生活型態日漸增加。曾經有新聞報導有位婦人在家中浴室死亡多年後才被發現。由於在洗澡時通常身上不會配戴任何裝置,因此蓮蓬頭是淋浴時會使用的裝置。在浴室使用蓮蓬頭淋浴時,使用沐浴乳、洗髮精產生的泡泡流至地面,再加上地板濕滑的情況下容易發生危險。老人家獨自在家洗澡時不慎滑倒受傷,如果未能及時送醫搶救,會導致患者死亡、變成植物人等情況。同時使用者在冬天淋浴時,往往打開蓮蓬頭沒有熱水可以立即使用,在加熱的過程中會將冷水由排水孔流掉,這樣會浪費水資源。因此,只要是淋浴室都可以加裝本裝置來解決上述問題,可見得本裝置的應用範圍極為廣泛。

第二名

海鱺性徵辨識系統

四個人


現今的海洋魚源逐漸枯竭,捕撈漁業生存也日漸困難,加上氣候與環境變遷,捕撈漁業大多已轉變為養殖漁業,不僅風險低經濟效益也比出海捕魚高,而隨著人工智慧的發展成熟,智慧養殖的方式也漸漸取代傳統的養殖漁業。本作品為有效提高養殖漁業的經濟效益及節省大量人力與時間,透過水下影像分析海鱺外觀與行為,結合類似openpose演算法中畫出人體骨架的方式,標出海鱺腹部的四個關鍵點,得知性徵成熟度及性徵成熟時期,進而取得海鱺性別、雄雌比例與最佳移入養殖池時間,業者只需在岸上使用本作品設計之系統,即可快速取得相關資訊,不僅能減少人力經費與時間成本,也能有效規劃後續海鱺種魚相關事宜。目前普遍辨識海鱺的科學方法為在魚隻體內植入晶片,再經由業者打撈魚隻上岸使用相應之儀器掃描晶片內的編碼,取得晶片號碼,接著透過人工的方式辨識海鱺正確性別,將其晶片號碼與性別記錄下來,但此方法浪費人力且費時。本作品能夠透過深度學習的技術,以水下影像對海鱺的外表及行為進行分析、判斷,透過類似Openpose之演算法找出海鱺腹部關鍵點,從腹部的隆起程度辨別海鱺性徵的成熟度,分析海鱺性別的特徵,使用YOLOv4估計海鱺種魚養殖池內之魚隻總數以及雄雌比例,使業者能判斷最佳繁殖雄雌比例,且能估測海鱺種魚性徵成熟時間,告知業者在適當的時間將海鱺移入養殖池,進行後續的種魚培育評估與規劃,綜合以上資訊,設計一套海鱺育種系統來呈現以上分析結果,讓使用者能簡單上手。

梳識碎屑

梳識碎屑


頭皮的健康與生活息息相關,當頭皮出現問題時,可以反映個人的健康情形,但現今頭皮檢測儀器體積龐大且昂貴的缺點使得民眾使用意願不高,無法隨時關注頭皮狀況,容易導致大眾忽略頭皮所反映的身體狀況。 為了讓使用者能夠隨時瞭解頭皮的健康狀況,本團隊開發出「梳識碎屑」系統,當使用者梳頭時,便可進行「頭頭識道」功能,開啟船型開關以啟動裝設於梳子內部的OV2640相機模組和作為輔助光源的LED燈,按下黑豆開關後,置於梳子上的ESP32-CAM開發板便會控制OV2640相機模組拍攝頭皮影像,隨後透過藍牙模組將頭皮影像傳輸至本團隊所開發的手機App中,並透過MobileNet進行頭皮影像辨識,辨識完的結果將會經本團隊所開發的頭皮檢測演算法進行分析,並針對使用者產生的皮脂、皮屑與發炎等不同頭皮情況給予改善頭皮受損的建議和適合使用者頭皮屬性的護髮產品。 使用者可以從手機App上點選「竿頭日記」功能查看頭皮是否有過油、頭皮屑與發炎等問題,隨時追蹤以防頭皮狀況過於嚴重導致毛囊壞死,進而造成脫髮和禿頭;還可以根據「頭桃報李」功能所提供的建議選擇適合自己的洗髮和護髮產品以及可保養頭皮的飲食資訊,避免落髮愈趨嚴重,同時從頭皮的健康程度亦能知道是否有作息不正常、飲食習慣不佳或壓力過大等問題,得以讓使用者從日常生活中改善身體不健康之問題。

第三名

具自定義功能之家電控制模組

好的課,值得一修再修


在智慧家庭發展的時代,許多廠商推出了許多的智慧家電,但對於消費者來說,要達成家庭自動化其實還有許多問題,例如: 1. 將還可以使用的傳統家電丟棄,替換為智慧家電。 2. 必須要購買許多種類的智慧家電,才能達成家庭自動化的理想。 3. 不同廠牌之間的智慧家電,要使用不同的遙控器控制。 4. 無法根據每個使用者的需求設計家電之間的啟動條件。 雖然市面上有非常多不同的智慧家電,但是大部分的智慧家電的限制還是很大,例如今天使用者想要「走進房間後就自動開燈」,或是「當家裡溫度到達31度而且家裡有人的時候開冷氣」,等等較複雜的指令,使用者必須購買許多的智慧家電、改裝原本家中的線路、經過許多複雜的設定,才能夠達到前面所說的指令。 為了改善前面提到的問題,我們製作了這套創新的智慧家庭系統-「具自定義家電控制模組」,本系統使用全模組化設計,每個模組都搭載不同的感測器。每一感測模組之間均以Wi-Fi方式相互連接,因此使用者可視家庭需求,任意分散布放在適宜的地方,完全不受限制。同時,我們還開發了牆壁開關控制器、紅外線控制器、智慧插座以及自動開關門模組,利用「加裝」的概念,讓傳統家電變為智慧家電。 本系統的各個模組之間採用Wi-Fi的方式連接,可藉由區域網路廣播的方式讓每個模組都收到不同模組之間的資料,並且搭配我們設計的App,可以讓使用者自行設定感測器之間的連動邏輯,例如:「當家裡溫度到達31度而且家裡有人的時候開冷氣」,以這個指令來說,使用者只需要使用本作品的「紅外線控制器、溫度感測器、紅外線人體感測器」,再搭配APP的設定,即可達成前述的指令。 本作品之APP介面是參考自IBM 所發佈的自由軟體架構Node-Red,利用視覺化的UI介面,將各個不同輸出/入模組連接在一起,透過這樣的設定,就可以定義各個感測器之間的邏輯關係,達到家庭自動化的理念。

好水好蝦好價錢

蝦爆了


一、研究目的:白蝦在臺灣一年的需求量約 5 萬噸,產值高達 66 億,但國內僅能提供約 1 萬噸左右,白蝦在市場上可說是供不應求,但是在傳統水產養殖業中,白蝦的存活率僅三成左右且品質高度受到天氣與環境影響,在養殖過程中需倚賴過去的飼養經驗與大量人力,實地走訪嘉義布袋的養殖業者後,發現有以下問題:1. 傳統蝦苗進貨以人工計數為主,其計算誤差高達三成;2. 餵食飼料掌控不易,過多飼料之殘餌會汙染水質,太少則導致蝦子吃不飽而影響養殖池替換率;3. 水質感測器長時間沉浸於水中,受到鹽分浸蝕會大大降低感測器的壽命,進而影響測量的準確性。因此,如何提升白蝦飼養的存活率可說是養蝦業者亟待解決的問題之一,本作品以人工智慧演算法與物聯網技術,結合傳統水產養殖業者多年的飼養經驗與知識,設計一套智慧白蝦養殖監控系統。二、研究方法:本作品提出基於 YOLOv4、Open CV 及模糊控制的智慧型系統,從蝦苗進貨、飼料及水質層層把關,有效且即時的掌控白蝦養殖過程。透過 YOLOv4 的蝦苗資料集,結合所設計之改良滑水道進行蝦苗進貨量的計數;使用攝影機計算三角網上剩餘飼料面積與白蝦數量,結合專家經驗對白蝦餵食量進行調整,以投入最適當的飼料量;利用搭載 NodeMCU 開發板與水質感測器,設計一套水質感測系統,進行長期監測與記錄;最後將上述三大系統所收集的資料上傳至雲端頁面,進行資料的統整與記錄,降低養殖業者的養殖成本並創造更高利潤,解決現今傳統養殖業所面臨的問題,未來也將增加養殖種類,以提高系統泛用性。三、具體作法分為下列幾個階段:1.收集大量的蝦苗資料集,以 YOLOv4 辨識蝦苗,並透過計數演算法,降低人工計數所造成的誤差。2.攝影機觀測三角網上蝦苗數量與飼料剩餘面積,利用模糊推論系統來決策是否增加餵食飼料,並給予 Add more、Add less 及 No action 之指示。3.利用 NodeMCU 模組結合四種水質感測器量測水質。4.將系統運算之蝦苗計數結果、最佳餵食量及水質感測資訊上傳至雲端介面,再進行資料統整與管理,提供養殖業者之決策。四、預期成果:1.提出一套基於物聯網與深度學習的智慧養殖系統。2.可精確且快速的計算出所進貨之蝦苗數量。3.透過模糊推論系統計算出最佳投餌量。4.收集不同水質感測器的資料,長期記錄並觀察水質變化。

松露AIoT系統及地底攝影開發

松露觀察小隊


一、作品簡介 松露(Truffle)廣受大眾喜愛,松露子實體的形成條件嚴苛,除了氣候及土壤的條件外,松露本身的交配模式、環境微生物菌相及宿主樹間的距離等,都是關鍵因素。近年因不當採集加上植被遭到嚴重破壞,造成野生松露產量大幅下降,由此人工培育技術逐漸受到重視,目前已知國外人工松露培育技術存在許多困難,多與栽培環境條件有關。 為研究松露成長環境,本研究改良過去農業物聯網NB-IoT設備,開發新一代AIoT氣象環境設備,以低價,省能,易於維護及穩定度高的架構,針對松露栽培計畫區實證場域;宜蘭縣大同鄉的[四季]及[南山]松露試種區所需,開發新一套微氣象環境智慧裝置,以及地底根系攝影系統,應用於松露從初期到產出階段。並提供大數據分析,以使經營者管理。 二、系統目的與範圍 本作品為基於NB-IoT的智慧農業物聯網,透過影響松露生長的環境因子數據,準確預測出該地環境是否適合作為松露的栽種場地,以及預測出該地松露的年產量。此作品分為數套系統,分別為地底攝影系統、IoT box系統、資料庫及網站系統、NBIoT整體架構系統、數據分析系統。最後將全部系統統整過後,呈現出這套基於NB-IoT的智慧農業物聯網的作品,並期望可利用此系統,藉此達到多方面的使用功能,符合現代人之商業需求。

促進長者健康之體適能健身鏡

叫你阿嬤來啊


根據國家發展委員會的推估,台灣65歲以上的老年人口將於2025年達到總人口數的21%,就此邁入超高齡化社會。隨著年齡的增長,許多老年失能的問題也慢慢浮現,其中以肌少症為最主要的原因之一。且每年因肌少症而發生跌倒事件,進而造成死亡的機率就高達20%,而有效的體適能運動,則可以降低90%肌少症的發生機率。然而,現今年長者在進行體適能運動時,會面臨的問題包括,運動期間需要有輔導員在旁協助,並以人為的方式記錄年長者的運動標準。這樣的形式不但需要耗費大量的人力,且長時間的計數過程,容易造成人員失神,進而發生記錄錯誤,因此傳統體適能運動遲遲無法普及於社區與居家環境。為此,本團隊結合AI人體骨幹辨識技術,研發出這套「促進長者健康之體適能健身鏡」,以解決傳統體適能運動不變的種種問題。 本作品主要應用於社區與居家環境,為此本團隊將作品外型設計為鏡子的樣態,使年長者不論是運動中,亦或是未進行運動時,本作品皆能發揮功用。當年長者在進行體適能運動時,可先觀看本系統內部包含的運動教學影片,藉此了解該運動所帶來的效益與動作標準。並於運動過程中,透過鏡子觀察自身動作,以此判斷自身動作是否與影片描述一致。運動結束後,本作品則會上傳本次的運動數據至雲端管理平台儲存,同時也會發送推播資訊至手機APP,藉此協助社區管理人員或家屬了解長者日常體適能運動的狀況,以提升長者的運動成效。此外,本作品在未進行運動時,也能夠當作一般鏡面使用,以協助家中成員打理儀容,增加本作品的使用性。 本團隊的核心技術是以Openpose人體關節捕捉技術為開發基礎,並考量到AI模組在邊緣運算平台的辨識速度後,本團隊將AI模組做輕量化調整,稱作Openpose-light。將原先運算量較大的VGG19神經網路,修改為擁有特殊卷積層的MobileNetV2,藉此加快AI模組在邊緣運算平台上的辨識速度,以達到即時偵測的需求。

佳 作

具學習分析之物聯網英文學習教具

英文學習好幫手

在全球化與國際地球村的觀念影響下,英語成為了國際共通的語言之一,國內近年來學童學英語已經成為一股熱潮,教育部亦順應潮流推動國小英語教學,而伴隨著英語教育的推廣紮根、英語環境的完善營造,在家長們不願意孩子輸在起跑點的觀念下,也越來越多父母為學童購買英語學習教材或補習,因此市面上也充斥著許許多多提供學童學習的英文輔助教材,其中包含常見的字母教學書及英文字卡、圖卡亦或是枯燥乏味的英文DVD,其主要學習方法皆無一例外,都需要有人陪伴在學童的身旁,引導學童認讀學習,而非學童自主產生的學習意願,這也使得學童學習效果往往不如預期,嚴重的話甚至會產生排斥、恐懼等情緒,因此我們設計了具學習分析之物聯網英文學習教具,本作品以玩具的角度去誘發學童自主學習的意願,以遊戲手柄設計結合APP拼字遊戲來增加學習的動力,並結合真人的自然發音,將單字學習利用遊戲的方式進行,打破傳統教育死背的方式,讓學童可以邊玩邊學快樂學習英文。,而本作品也開發了多種遊玩模式(單字挑戰、單字接龍、聽力選擇供學童選擇,透過遊玩不同的模式,藉此訓練聽、說、讀等基本能力,在視力影響的部分,本作品手機端由家長設定,學童透過發音及手柄進行學習,相較於其他學習方法視力影響更低。 同時我們也開發了雙人對戰模式,讓學童能與父母、同儕,互相連線對戰,共同來享受英文學習過程!

面面俱到-大人物智慧魔鏡

面面俱到

鏡子,為隨手可觸的日常用品,在科技發達的現今,結合資訊技術的智能鏡成為一項備受矚目的科技新載具。近年來疫情肆虐,衍生出許多生活上的不便與困擾,就醫問題首當其衝,人們礙於健康安全而對外出門診心生畏懼,導致延誤就醫;而在全民提倡減少出門的現狀下,居家生活品質更被重視,因此,如何運用科技於居家用品並改善生活為不容小覷的議題。有鑑於此,本專案「iMirror面面俱到-大人物智慧魔鏡」,利用每日使用的「鏡子」,以大數據彙整資料,並運用人工智慧物聯網技術,將機器學習之系統模組融入於電容處空智慧魔鏡中,開發以健檢為中心的多元化便利功能。主要功能為針對就醫困境所開發之「面徵健檢分析鏡」,提供個人健檢服務,透過本專案設計的內容分析演算法,訓練大量資料、數據,相互比對資訊後,提供使用者最精確、可信的個人健檢分析結果;此外也媒合專業醫療機構,實現遠距診斷。而其他七項次要功能為面相微算智能鏡、美髮彩妝透試鏡、配件飾品體驗鏡、宅家運動擴增鏡、兒童潔牙遊戲鏡、雲端約會互動鏡及電商精準導購鏡。透過多元化產品功能,除有效改善就醫困境,更能提升宅家工作之成效,滿足各族群的生活需求,落實食、衣、住、行、育、樂之藍圖,達成「一鏡到底,健康便利」。

辨地開單

AllYouNeed

我們的作品名稱為 Fine Everywhere。我們的系統結合了深度學習與邊緣運算裝置,將自動化車牌辨識系統裝設在警用機車或汽車車輛上,目的是希望透過我們的系統,幫助員警在原先的巡邏工作中,透過自動化車牌辨識系統即時偵測交通違規行為,如開罰違停、偵測贓車等等。藉此降低員警因為分心造成的行車危險。 此外我們也設計了一個簡單易用的網頁管理系統,結合了 GPS,使員警可以方便的於系統上執行開罰違停的功能,並查看開單的過往紀錄、頻繁的違規地點、目前系統的即時畫面等等。因我們的系統能在手機網頁上直接辨識,因此我們也提供了能讓停車收費員使用的空間,可以透過拍照或錄影,系統將會自動辨識車牌號碼及偵測路段地點,而該區域拍照或錄影完後一次確認欲收費車輛車牌號碼、車種及地點並可批次上傳。 而為了使自動化車牌辨識系統能夠同時應用於道路環境與路邊停車環境,我們設計了一個環境自適應模組,使模型能夠適應於多樣化的應用環境,此外也透過相關環境的知識共享,進一步的提升了模型的表現。同時,我們所設計的模組和國外系統相比,大幅降低了使用的 operations 數量,且在邊緣運算裝置 NVIDIA Jetson AGX Xavier 上達到了 68 FPS 的辨識速度。最後,系統結合了 GPS 系統,配合後端伺服器與手機網頁的設計,提供了簡單易用的違規停車開單與路邊收費功能。

智慧太陽能監控髒汙檢測系統

太陽能智慧監控系統

在全球暖化帶來民眾環保意識提升的時代下,太陽能發電成為取代傳統發電的主要綠色能源,為了讓太陽能發電成為更穩定電力,本作品透過智慧監控與回報系統達到最佳轉換效益。在目前的太陽能發電系統是以時間週期G進行太陽能板清潔維護,但實務維護上與環境日照、溫度、濕度、下雨、空氣微粒等因素具有高度關聯性,此外感測器資訊傳遞常有資料消失的問題;傳統太陽能資訊系統只提供資訊並只能在電廠才能得知,對於狀況應變並不即時且有效;本作品智慧監控與回報系統將分為三部分解決上述問題,第一部分透過單板電腦開發智慧資訊閘道,將電廠逆變器資訊與環境資料透過閘道傳遞於伺服器。第二部分伺服器端透過RNN演算法處理,透過電廠近期資料結合感測器資訊進行推算修護消失資料與透過感測資料預測太陽能板維修時間。第三部分開發訊息智慧型回報系統,透過感測器資訊進行智慧判斷將特定資訊傳送於專屬的訊息群組,進行相關的應變措施;透過上述三部分改善太陽能目前不穩定電力以及提升轉換效率的問題,藉由觀察發電量情況實際發電量與預測發電量判斷機器是否有異常狀況或是太陽能面板需要清潔,改善傳統太陽能電廠以紅外線與空拍機環視案場的方式降低誤判的可能性,以提升整體太陽能發電效益。

動畫科技轎前燈

在家防疫做專題

轎前燈,指的是臺灣傳統廟會文化中在神轎上,前方的左右兩盞充滿古典美感的燈具,它通常代表著每一間宮廟的招牌或是門面,是一項相當漂亮且極具特色的文化工藝品。但在現今社會卻有許多人不清楚轎前燈是什麼,甚至是說越來越不了解臺灣的文化。 我們重新審視了轎前燈這項文化,發現雖然現在的轎前燈會因宮廟與轎燈師傅的做法不同,會有像立體壓克力字或是浮雕壓克力圖騰等各式各樣的風格變化。可以說是相當精緻且變化多樣。但即便如此,在轎前燈濃厚的傳統味道裡與華麗的外觀下,還是不禁流露出一絲絲的乏味,就整體而言還是相對老派。而且由於台灣的廟會文化,雖然知道的人比比皆是,但了解或熟悉的人除了宮廟與從事相關行業的人之外卻是少之又少。甚至因為一些負面評論,導致有些人不喜歡廟會文化。 於是我們針對這方面的問題設計了本作品,利用視覺暫留顯示的技術,為原本老氣的轎前燈,添上了一抹科技的色彩,期望讓整體可以用更活潑的方式來呈現。並且設計由一支手機來做控制,可以因應不同的需求,更換不同的動畫、顏色或內部燈條模式等。也專門為不同的神明設計動畫,用各種不同的動畫來表現其特點或故事等等。如此一來,不但讓轎前燈更加有趣,也可以讓人們好好的認識傳統文化。

跨域整合特別獎

梳識碎屑

梳識碎屑


頭皮的健康與生活息息相關,當頭皮出現問題時,可以反映個人的健康情形,但現今頭皮檢測儀器體積龐大且昂貴的缺點使得民眾使用意願不高,無法隨時關注頭皮狀況,容易導致大眾忽略頭皮所反映的身體狀況。 為了讓使用者能夠隨時瞭解頭皮的健康狀況,本團隊開發出「梳識碎屑」系統,當使用者梳頭時,便可進行「頭頭識道」功能,開啟船型開關以啟動裝設於梳子內部的OV2640相機模組和作為輔助光源的LED燈,按下黑豆開關後,置於梳子上的ESP32-CAM開發板便會控制OV2640相機模組拍攝頭皮影像,隨後透過藍牙模組將頭皮影像傳輸至本團隊所開發的手機App中,並透過MobileNet進行頭皮影像辨識,辨識完的結果將會經本團隊所開發的頭皮檢測演算法進行分析,並針對使用者產生的皮脂、皮屑與發炎等不同頭皮情況給予改善頭皮受損的建議和適合使用者頭皮屬性的護髮產品。 使用者可以從手機App上點選「竿頭日記」功能查看頭皮是否有過油、頭皮屑與發炎等問題,隨時追蹤以防頭皮狀況過於嚴重導致毛囊壞死,進而造成脫髮和禿頭;還可以根據「頭桃報李」功能所提供的建議選擇適合自己的洗髮和護髮產品以及可保養頭皮的飲食資訊,避免落髮愈趨嚴重,同時從頭皮的健康程度亦能知道是否有作息不正常、飲食習慣不佳或壓力過大等問題,得以讓使用者從日常生活中改善身體不健康之問題。