【發布日期】: 2013-03-19

你有想過電影裡，用腦波控制車子移動的驚奇場景，會在現實中出現嗎? 現在最潮的電動滑板，你知道原理和構造是什麼嗎?清華大學電機系101學年度「實作專題競賽」，101年2月下旬在台達館進行決賽，每位參賽者的專題成果既發揮創意又具突破性，最後由鄭桂忠老師所指導的王麒瑋、黃珮雯擊敗眾多好手，以「腦機介面與其應用─腦波遙控車」脫穎而出，榮獲第一名!

為了提升學生專業及創新能力，清華大學電機系自2009年起舉辦「實作專題競賽」，只要該學期修習「實作專題二」課程的同學皆須參與。初賽評審過程即相當嚴格，由系上老師對每組隊伍的書面報告和海報進行評分，最後從67組隊伍中選出11隊參與決賽。

不是特異功能! 腦波可以遙控車

「因為看到日本貓耳朵腦波感應器，讓我們也想嘗試設計看看如何妥善利用腦波訊號，結合軟硬體，設計出可能的應用。」電機系黃珮雯同學說，「我們想到腦波訊號可以與自走車結合，例如專注競速、腦波拔河和積分迷宮。」

↑黃珮雯同學與王麒瑋同學(左圖)歷經一年的蒐集資料、閱讀理解、訂進度、想方法，設計出精巧的腦波遙控車模式，娛樂的同時，亦可檢驗使用者的身心狀況，榮獲競賽第一名(右圖)。

王麒瑋同學與黃珮雯同學自2012年的寒假起修習腦機介面的背景知識，有了這想法之後，便著手進行腦機介面的實驗。但從腦波耳機讀取專注度數值、解析封包到傳遞到電腦GUI呈現之間，遇到了不少困難。例如為了克服資料讀取的紊亂，他們設計了三種系統進行實驗，終於設計出兼具可順利連接、讀取封包，解析和釋放資源等優點，且可以電腦GUI呈現的系統。

當玩家戴上腦波耳機後，專注度越高，自走車上伺服器馬達的轉速越高，應用在專注競速的比賽中，越專心的玩家車子就跑得越快，相當刺激！另外，王麒瑋與黃珮雯還布置了一個積分迷宮，周圍有數個分數板，玩家用專心度控制車子速度，眨個眼就可控制車子左轉，以此來調整自走車的行進與方向。「實在非常好玩!大家看了都躍躍欲試!」王麒瑋與黃珮雯的創意與用心，獲得評審老師一致肯定，奪得競賽冠軍。

↑專注競速實體圖                 ↑腦波拔河實體圖                                              ↑積分迷宮實體圖

新代步工具  電動滑板的原理與構造

黃立豪與倪中彥團隊則為了將在電動機械這門課所學到的知識，具體實現在專題上，因此建構電動滑板車，並嘗試降低滑板車的馬達噪音、提供穩定電壓。「實作期間曾經遇到至少五次電路短路導致電路燒毀，幸好有老師及學長耐心教導我們，電路終於完成」，黃立豪說，「過程中若碰到問題，得想辦法找出癥結所在，並解決它。」黃立豪與倪中彥還研製出一個返馳式切換整流器為主的電動滑板蓄電池充電器，可得穩定可調之直流輸出電壓，以對蓄電池進行充電。力求精進的態度與成果讓黃立豪與倪中彥獲得競賽第二名。

↑黃立豪(左圖)及倪中彥(右圖一)團隊合作，黃立豪將電路建構好及測量波形，倪中彥則從旁協助並整理所量得的數據。黃立豪說：「雖然犯了一些錯誤，並花了不少時間解決，不過有了這次經驗之後，相信可以做得更好。」

↑黃立豪同學與倪中彥同學所設計的電動滑板，可得穩定可調之直流輸出電壓，以對蓄電池進行充電。

隨身安心檢測  抓出睡眠呼吸中止症病徵 

「我們希望能設計出一個系統，具有醫院評估系統的可信度，且能讓病人在熟悉的地方進行檢測，帶給病人更大的便利。」獲得競賽第三名的黃重穎則瞄準生醫電子領域，伴隨著環境與作息習慣改變，越來越多人有氣喘、睡眠呼吸障礙，如睡眠呼吸中止症（Sleep apnea syndrome）等問題，為了能協助患者於夜間評估睡眠狀況，免於在不熟悉的醫院環境下偵測，黃重穎在黃柏鈞教授的指導下，每週與長庚醫院羅醫師進行討論，歷經8的月實驗設計與測試，利用微機電感測元件及積體電路，設計出可長時間評估病患呼吸障礙特性的健康照護系統，使用者只需配掛在脖子上，在自家就能至少持續20小時以上連續測量睡眠鼾聲。

↑黃重穎同學完成的「呼吸系統障礙患者之長時健康照顧系統」模組正反面圖。攜帶方便，錄下的檔案能藉由Matlab軟體播放並作圖，可與病人資料作初步判定。

「我藉由錄製使用者的鼾聲與睡眠聲響，進而分析音頻，找出不同的病徵」，黃重穎說，「實驗中，遇到速度與雜訊問題，也分別利用了軟體及硬體的方式解決，讓系統更貼近目標。」黃重穎為生科院學士班學生，因為想以電機的角度切入生醫，便選修了許多電機系相關課程。「當很想完成一件事情時，需要牽涉的層面真的很廣，需要瞭解硬體、焊接等」，黃重穎笑說，「修了專題課，碰觸到硬體實作，才真正融會貫通」。

↑黃重穎同學(左圖右一)負責硬體的焊接與測量部分，實驗室王嘉葳學長則負責軟體及訊號測量的部分，兩人一同合作並互相討論實驗中碰到的問題，未來將朝朝向整合三軸加速度感測元件並能開始接收病人資料並能開始比對分析。

參與決賽的同學都有備而來，不論在口頭報告及答辯上，都十分慎重並賣力說明。決賽當天邀請到電機系各領域的教師進行評分，分別從系統組、電力組、電子工程、光電工程和通訊工程的專業角度，針對學生的口頭報告進行詢問和評分，擔任評審教授的黃之浩老師表示：「許多同學們的實作專題都相當有創意，建議未來可以就做題目的動機有更深入的闡述。」

↑清華電機實作專題競賽戰況激烈，評審老師（左起）劉怡君老師、黃之浩老師、馮開明老師、吳財福老師、翁詠祿老師與那允中老師針對同學的口頭報告進行詳細評比。

同學們的專題海報作品也極富創意與巧思，電機系並邀請台達館各系所全體師生投票選出最有人氣的專題海報。劉家宏、黃競儀、陳冠妤與陳柏翰所製作的「利用非線性光學效應產生紅綠藍三原色光」，梁軒瑜、金邦諺與李京翰製作的「0.18µm CMOS技術之射頻能量收集器設計」，以及黃珮雯、王麒瑋的「遙控腦波車」分別榮獲海報人氣獎前三名。

清華大學電機系王晉良主任表示，清華電機實作專題課程對學生來說是相當好的訓練機會，從瞭解原理、發掘問題、摸索到掌握解決方式，不僅激發學生更多創意發想與興趣，也培養學生的實務研發競爭力，不論朝向研究所升學或業界發展，都相當有利。

↑王晉良主任勉勵同學，在專題競賽中，訓練自己在有限的時間內深入淺出的將觀念、原理和實作過程講清楚，對未來職涯或升學發展都相當有利。

擔任評審的吳財福老師對學生們的成果報告感到相當驚豔，他認為專題製作是學生將大學四年所學基礎知識綜合應用的一個重要成果，報告時的邏輯性，申論的一致性是評分時老師相當注重的地方。「專題實作只是一個暖身」，吳財福老師勉勵同學，「不一定要做多偉大的題目，重要的是，專業知識一定要融會貫通，未來在研究所或就業上才能夠更深入朝有興趣的方向發展。」

今年清華電機系的「實作專題競賽」邁入第四年，是全系眾所矚目的盛事，不但有助同學理論與實務互相結合印證，也培養學生追求新知與溝通表達能力。

↑清華電機專題實作競賽成果展圓滿落幕，今年有許多精彩且創新的學生作品，也彰顯清華電機學生優異的實作能力。

101學年度清華電機系 實作專題競賽 獲獎名單

 恭喜以下獲獎同學!