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輕鬆使用Android 裝置控制樂高機器人:語音辨識機器人

馥林文化_96
・2013/10/22 ・2357字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 540 ・八年級
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文/曾吉弘(CAVE教育團隊

Android 手機整合了許多Google 服務,除了常用的地圖之外,另一項好用的功能就是語音辨識,透過語音辨識來控制機器人也是樂趣十足呢。本期專欄中,您將可對手機說出「go」、「back」、「left」以及「right」等四個語音指令,讓機器人執行前進、後退與左右轉等共四種動作。有接觸過App Inventor 的師長朋友們,歡迎從App Inventor 中文學習網下載原始碼回去加入更多有趣的功能。

Google 語音辨識服務

只要是Android 手機或平板,都可直接使用Google 的語音辨識功能,甚至在Google 的Chrome 瀏覽器中,只要您的電腦接上麥克風,也能擁有這項貼心的服務。使用Google 語音辨識功能時,是將您的聲音資料送到Google 伺服器,再回傳判斷結果,所以都要用到網路。也正因為如此,App Inventor的SpeechRecognizer 元件不需設定任何屬性。將來如果您有興趣,可以嘗試用Java 程式語言去寫正規的Androidapp 來呼叫Google 語音辨識服務,就會發現它實際上是根據辨識結果的關聯性由高到低回傳一整個陣列,例如我們說「right」,辨識結果可能會是「right、night、nine⋯」等念起來很類似的字。

App Inventor 直接省略這個步驟只回傳第一筆資料,也就是關聯性最高的那筆資料,對初學者來說是相當合理又簡便的做法。

本期專題將使用App Inventor 中的SpeechRecognizer 元件來呼叫Google語音辨識服務,程式中定義了四個指令來控制機器人的動作。我們使用了SpeechRecognizer1.GetText 指令(圖1a),它會啟動Google 語音辨識服務並進行辨識,辨識完成後會自動啟動SpeechRecognizer1.AfterGettingText事件(圖1b),並將辨識結果以result這個參數回傳。

圖1a SpeechRecognizer 元件的執行語音辨識指令。

圖1b 辨識完成後自動啟動本事件,並回傳結果。

開始玩機器人

請把NXT 機器人組裝好,並將左側馬達接在NXT 的輸出端B ,右側則是輸出端C( 註1)。請確認NXT 主機的藍牙是啟動的,接著將NXT 主機與Android 手機進行藍牙配對(註2),完成之後就可以把機器人放到一邊了。啟動藍牙之後您可以從NXT 主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能:

STEP1 登入畫面:
首次進入程式的畫面如圖2a , 只有「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕可以按,其它所有按鈕都無法操作。點選「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕後進入藍牙裝置清單(圖2b),請找到剛剛配對完成的NXT 主機名稱(本範例為abc),點選之後就會由Android 裝置對NXT 主機發起藍牙連線。順利連線成功的話,「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕(圖2c)。

圖2a 程式首次執行的畫面。
圖2b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。
圖2c 連線成功後才可進行相關操作。

STEP2 程式初始化:
在點選連線清單之前(ListPickerConnect 的BeforePicking 事件),需先將清單內容指定為Android 裝置上的藍牙配對清單(圖3a)。點選之後則先測試連線是否成功,成功則將「點我語音辨識」與「斷線」按鈕設為可點選(圖3b)。

圖3a 指定藍牙配對裝置清單。

圖3b 連線成功後啟動相關元件。

STEP3 按鈕啟動Google語音辨識服務:
按下「點我語音辨識」之後,會透過SpeechRecognizer1.GetText 指令來呼叫Google 的語音辨識服務, 本指令不需要設定任何參數(圖4)。

圖4 按鈕呼叫Google 語音辨識服務。

STEP4 語音辨識完成事件:
對著畫面上的麥克風講完話之後,會自動啟動SpeechRecognizer1.AfterGettingText 事件, 並回傳一個result 參數代表辨識結果。我們先將辨識結果顯示在手機螢幕的黃色Label 上, 接著判斷result 是否等於指定文字,並以此要求機器人執行對應的動作。圖5a 中, 辨識結果等於「go」的話,會讓機器人以80% 的電力前進10 公分。完整的事件內容總共包含了四個if 判斷結構,代表四個不同的狀況(圖5b),您可以根據需求來加入更多語音指令。

圖5a 如果辨識結果為go ,讓機器人直走。

007b
圖5b 語音辨識事件中完整程式碼。

 

STEP5 斷線:
按下「斷線」按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使畫面上的各個元件恢復到程式一開始時的狀態(圖6)。

圖6 按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

操作

實際執行的時候,請先確認NXT已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android 裝置上點選畫面中的「NXT 裝置清單/ 連線」按鈕,會進到如圖2b的藍牙清單畫面,點選您所要的NXT主機名稱並連線成功後,就能對手機說話來控制機器人啦(圖7)!

圖7a 語音辨識畫面。
圖7b 辨識結果:go 前進。
圖7c 辨識結果:left 左轉。

辨識過程中,請保持字正腔圓口齒清晰,並注意不要處在太嘈雜的環境裡操作,不然語音辨識的效果會打點折扣。圖8 就是把right 辨識為light ,這樣機器人就沒反應啦!

圖8 錯誤的辨識結果。

本範例介紹了如何對著手機說出特定的字詞, 藉由Google 語音辨識服務來控制機器人。期待您從本期專欄的內容來激盪出更多有趣的火花。今年的六篇專欄您都喜歡嗎?請繼續關注CAVE 的機器人專欄唷!

 

歡迎大家由以下連結或掃描以下的QRCode 來下載本程式。

本程式已上架Google play,請到Google Play 搜尋「CAVE 教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app 了。請在App Inventor 中文教學網上直接下載本範例的App Inventor 原始檔與apk 安裝檔。

註1: 想學如何開發App Inventor 程式嗎? 請到AppInventor 中文學習網與我們一同學習。
註2: 將Android 手機設定為可安裝非Google Play 下載的程式以及讓手機與樂高NXT 主機連線等說明請參考連結
註3: 與NXT 連線後如果出現[Error 402] 之錯誤訊息請不必理會,程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2013/11月號

 

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馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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寵物過敏原有很多種,避免飲食過敏困擾,可選擇單一/特殊肉種寵物飼料
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/06/06 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文由 新萃 Nutri Source 委託,泛科學企劃執行。

你有發現家裡的狗狗經常舔自己四肢,或是身上出現不明紅疹?當心這可能是過敏反應。寵物和人類一樣,也會有過敏反應,過敏可依照「來源」分為三種:吸入性過敏、接觸性過敏和食物性過敏。

寵物的過敏源有哪些?

不管是哪一種過敏反應,在人的身上都比較容易發現和排除。但狗狗的過敏卻很難處理,如果是接觸性或吸入性過敏,即使你把家裡打掃得很乾淨,還是無法排除帶狗出去散步時可能接觸到的環境過敏原。因此,對飼主來說,最容易控制的是食物性過敏。

食物性過敏是怎麼發生的呢?其實,「食物過敏」這個詞並不太準確。正確的臨床醫學用詞是「食物不良反應」(Adverse Food Reaction, 簡稱AFR)(Jackson, H. , 2009),指的是吃下食物後身體產生各種不良反應。並進一步分為食物過敏(Food Allergy)和食物不耐受(Food Intolerances)兩種。

如果你看過動漫作品《工作細胞》,你就會知道過敏其實只是免疫系統對特定成分產生的過度反應,因此全名為「過分敏感」;而食物不耐受則並非免疫性反應,而是消化系統無法代謝或對該生物體有毒,例如狗不能吃洋蔥或巧克力,否則會致死等等。

由於寵物沒有選擇權,只能吃飼主提供的食物,如果飼料中恰好有會造成牠 AFR 的成分,就可能產生各種症狀。除了腸胃發炎和拉肚子外,最明顯的外在症狀就是皮膚問題,包括搔癢、脫毛和紅疹等。後者容易被誤判為皮膚性疾病,讓許多飼主狂跑獸醫院的同時,獸醫也難以對症下藥。

雖然曾有研究透過讓醫師用血液或唾液是否檢測出 IgE 抗體來判斷狗是否過敏(Ermel, R et al.,1997),但最新的研究卻發現,無論使用無論血清的 IgE 抗原或是唾液裡的 IgM 或 IgA 抗原都無法有效檢測出狗狗的過敏來源(Udraite Vovk Let al., 2019 & Lam ATH et al., 2019),甚至會造成偽陽性誤判。因此,目前學界公認唯一能識別食物過敏原的方法就是「食物排除法」(Food Elimination Method)。

以食物排除法,找出毛孩的食物過敏原!

食物排除法的原理相當簡單粗暴,類似我們過去在學校做的實驗一樣,抓出「控制組與對照組」。首先,將狗狗的食物換成牠沒吃過、單一來源且易消化的高蛋白質或水解蛋白質;同時嚴格限制牠對其他食物接觸,包括其他人餵食或路上亂吃等可能性都要注意,此為「對照組」,如此持續 8~12 週,觀察皮膚是否有改善。如果確實有改善,那就證明了確實是 AFR 而非皮膚病。

下一步我們可以進行「食物挑戰」,在每餐食物中逐一嘗試可能的過敏原(例如常見的牛肉、雞蛋等),有如「控制組」,等到症狀又出現,就可以確認哪種食物成分是過敏原,未來就可以在飼料中排除,讓狗狗健康快樂地成長。

這個方法需要飼主的大力配合和耐心紀錄,不僅要在漫長的試驗期,更需要在控制期一一排除所有不可能之後,才能找到答案。而其中最困難的部分,也是實驗的基礎可能是第一步:「提供狗狗牠從未吃過,且肉品單一的蛋白質」,這點對多數飼主來說幾乎是不可能的任務,因為大部分的寵物飼料成分都很複雜。不要說狗狗了,搞不好你連自己沒吃過什麼恐怕都不知道。

飼料成分多而雜,可選單一肉種飼料降低過敏。

那該怎麼進行食物排除法呢?別擔心,沒有找不到的肉品,只有勇敢的狗狗。市面上已經有了針對過敏狗狗的低敏飼料,新萃推出了一系列低敏肉,包含單一肉種的袋鼠肉、鹿肉以及野豬等相比牛豬羊等較不容易取得的肉類,是進行食物排除法第一步測試的首選。

此外,新萃牌無論哪種飼料都有美國專利 Good 4 Life® 奧特奇專利保健元素,能促進飼料中的營養都被狗狗完整吸收。不僅過敏的狗狗能吃,有消化不良症的狗狗也適用。

新萃商品選擇的是單一/特殊肉種的成分,低敏感肉品讓寵物吃了更安心。

參考資料

  1. Thus for the purpose of this discussion, although the term food allergy is used throughout, it should be recognized that this term is a presumptive clinical diagnosis and adverse food reaction is a more accurate term for these canine cases. – Consensus
  2. Jackson, H. (2009). Food allergy in dogs – clinical signs and diagnosis.. Companion Animal Practice.
  3. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease – PubMed (nih.gov)
  4. Lam ATH, Johnson LN, Heinze CR. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease. J Am Vet Med Assoc. 2019 Oct 1;255(7):812-816. doi: 10.2460/javma.255.7.812. PMID: 31517577.
  5. Direct mucosal challenge with food extracts confirmed the clinical and immunologic evidence of food allergy in these immunized dogs and suggests the usefulness of the atopic dog as a model for food allergy. – Consensus
  6. Ermel, R., Kock, M., Griffey, S., Reinhart, G., & Frick, O. (1997). The atopic dog: a model for food allergy.. Laboratory animal science.
  7. https://www.moreson.com.tw/moreson/blog-detail/furkid-knowledge/pet-knowledge/dog-food-allergen-TOP10/
  8. 狗狗因為食物過敏而搔癢不舒服,為什麼做「過敏原檢測」沒什麼用?
  9. 【獸醫診間小教室】狗狗皮膚搔癢難改善?小心食物過敏! – 汪喵星球 (dogcatstar.com)
  10. 寵物知識+/毛孩對什麼食物過敏?獸醫:驗血完全不準!診斷法只有一個 | 動物星球 | 生活 | 聯合新聞網 (udn.com)
  11. Is there a gold-standard test for adverse food reactions? – Veterinary Practice News
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代謝變慢、影響神經系統——甲狀腺機能低下警訊與治療
careonline_96
・2023/06/08 ・2078字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「醫…師…我…非…常…容…易…累」王小姐慢慢走進診間,說話的速度也異常緩慢。

看到這樣的表現,會讓人聯想到甲狀腺機能低下。義大醫院新陳代謝科陳冠樺醫師指出,當時替她抽血檢測,發現甲狀腺素已低到幾乎驗不到,而正常時候應該小於 5 mU/L 的甲狀腺刺激素 TSH 已經超過 100 mU/L,是相當厲害的甲狀腺機能低下,於是便給予口服藥補充甲狀腺素。

一個星期後,患者回到門診,說話的速度大概是剛就診時的兩倍,整體的精神狀態也改善許多。

我們的甲狀腺位於氣管前方,能夠分泌甲狀腺素影響全身的代謝速度。陳冠樺醫師說,甲狀腺機能不足導致全身代謝變慢,所以會產生相對應的症狀包括容易疲倦、怕冷、便祕、心跳變慢、胃口變差、體重增加、皮膚乾燥、頭髮變粗、月經不規則等。由於神經系統受到影響,導致反應變慢、動作變慢、講話變慢、聽力變差。在代謝方面,可能導致高血壓、高血脂。

長期處於甲狀腺機能低下的狀態會造成黏液性水腫,陳冠樺醫師解釋,黏液性水腫是在皮下組織累積一些物質,而造成臉部浮腫、腳部浮腫。血液中的電解質不平衡可能導致肌肉痙攣,患者可能昏迷,甚至死亡。

「患者常會因為很容易疲勞、精神狀況差而就醫,」陳冠樺醫師說,「由於台灣的醫療相當方便,非常嚴重的併發症比較少見。」

甲狀腺機能低下,趕快查原因

導致甲狀腺機能低下的原因很多,陳冠樺醫師說,在台灣較常見的是橋本氏甲狀腺炎(Hashimoto’s thyroiditis),屬於自體免疫疾病,患者的免疫系統會攻擊自己的甲狀腺,而造成發炎、破壞。橋本氏甲狀腺炎剛開始可能會出現甲狀腺機能亢進,隨著破壞增加,甲狀腺漸漸萎縮,而出現甲狀腺機能低下的情況。

接受甲狀腺切除手術、或頸部放射線治療後,都需要追蹤甲狀腺機能,並視狀況補充甲狀腺素,以免出現甲狀腺機能低下。

由於腦下垂體是甲狀腺上游的指揮器官,當腦下垂體的功能不足時,也可能讓甲狀腺素的分泌不足。陳冠樺醫師說,碘缺乏會造成甲狀腺機能低下,因為台灣的食鹽裡有加碘,已較少出現此狀況。

隨著年紀增加,甲狀腺功能會逐漸退化,因此老年人可能出現甲狀腺機能不足。陳冠樺醫師說,有少數人是先天性甲狀腺機能不足,目前台灣所有的嬰兒在出生時都會採腳跟血,檢驗一些先天性疾病,如果發現先天性甲狀腺機能不足,便需要補充甲狀腺素,幫助新生兒正常生長發育。

懷疑甲狀腺機能低下怎麼辦?

懷疑甲狀腺機能低下時,醫師會安排抽血與甲狀腺超音波檢查。陳冠樺醫師說,抽血會檢測甲狀腺刺激素 TSH、甲狀腺素,也可能檢測電解質、腎上腺功能、以及是否有因為甲狀腺機能低下而造成的血脂肪上升、血糖降低的狀況。

可能同時檢查腎上腺素功能的原因,在於補充甲狀腺素時,如果病人有腎上腺功能低下的狀況,務必同時補充,以免造成其他的風險。

甲狀腺超音波能夠評估甲狀腺的大小、是否有甲狀腺炎,也會檢查是否有囊腫、結節或腫瘤等異常。

正確補充甲狀腺素,恢復正常生活

確認甲狀腺機能低下後,便可使用口服甲狀腺素,補充甲狀腺素後,症狀會明顯改善。陳冠樺醫師說,因為食物或藥物可能影響甲狀腺素的吸收,所以建議在空腹時服藥,而且需要跟其他的藥物分開吃。通常會請患者一大早起床時,就先服用甲狀腺素,和早餐或其他餐前藥物至少間隔 1 小時以上,比較不會受到影響。

補充甲狀腺素後,患者會感到顯著改善,所以大多願意按時服藥,也能避免出現後續的併發症。

貼心小提醒

甲狀腺能夠調節身體代謝速度,當甲狀腺機能低下時可能出現容易疲倦、怕冷、便祕、心跳變慢、胃口變差、體重增加、說話變慢、反應變慢、皮膚乾燥、頭髮變粗、月經不規則等症狀,若有相關問題務必儘快就醫治療,可以讓症狀得到明顯的改善,恢復正常生活。

陳冠樺醫師叮嚀,處於甲狀腺機能低下的狀況時,患者的反應較慢,請勿自行騎車、開車,以免發生危險喔!

careonline_96
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國中會考即將放榜!自然科時事閱讀題該如何破解?
Student.PanSci_96
・2023/06/07 ・1300字 ・閱讀時間約 2 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

從各種大考的考古題中,我們都能發現「時事」在自然科的重要性,在 108 課綱中,又更強調閱讀素養,重視課程知識與生活概念的結合,可想而知,社會上發生的各種重大事件都有可能融入成為考題。今年(112 年)的國中教育會考,自然科的考題中就拿了三年前的一則真實事件當作考題(圖一),讓學生進行判讀!

(圖一) 112 年國中教育會考自然科第 40 題。圖/台灣師範大學心測中心

這個事件發生在 2020 年三月,俄羅斯一名網紅舉辦泳池生日趴,將 25 公斤的乾冰直接倒入泳池製造氣氛,結果不幸釀成 3 死的意外。這則新聞在社會大眾眼裡可能只是個不幸的意外,但是在自然科教師的眼裡,卻是同學們需要了解的知識,更是個出考卷的絕佳考題(只是沒想到隔了三年才考出來)。

科學生的閱讀任務裡面,搭配八年級上學期的文章「國中理化告訴你:為什麼不該在派對上,將 25 公斤乾冰丟泳池?」(圖二),就針對這個事件做了介紹與科學原理的分析:乾冰的升華、大量二氧化碳對於人體的危害作用機制等,等於同時用理化與生物課程的角度來對事件進行簡單、國中生能夠理解的介紹。

(圖二) 以時事中所含的科學概念來出題,是大考的重要方向。圖/科學生部分截取

雖然這次的考題主要概念,是希望同學們根據空氣的組成成分來進行分析。但如果能對這個事件更有熟悉感,也了解生活時事大概會用哪種方式融入考題,相信碰到類似題型時,就更容易輕鬆作答啦!

今年(112年)的國中教育會考,自然科的考題裡面,由第 43、44 題構成的題組(圖三),設計上包括較長的題幹敘述、圖片與表格,顯然是要考驗學生的閱讀與圖表判讀。主題內容則是兩個嶄新時事議題的結合──燕麥奶和碳排放。

(圖三)112 年國中教育會考自然科第 43、44 題。圖/台灣師範大學心測中心

第 43 題的考點出自於七上的營養,第 44 題則考跟生物、理化、地科都有點關聯的碳排放,這出題方向相當符合 108 課綱所強調的,學生所學的知識概念必須能夠跨科進行統整。

相比之下,43 題只要記得糖會分解成醣,而蛋白質會分解成胺基酸,就能回答;但 44 題碳排放的概念,同學們可能熟悉度較低。幸好,只要讀懂圖表,也看懂題幹沒有被繞暈(問固定碳排量下能生產的量,所以是碳排最低的杏仁奶生產量最多),還是能夠回答。

延伸閱讀:燕麥奶為什麼這麼好喝?如牛奶般微甜、絲滑的口感是怎麼來的?——解析燕麥奶的加工原理

在科學生的閱讀任務裡面,也提供了許多最新時事與課程結合的閱讀練習,例如:題組中的燕麥奶與碳排放議題。透過練習,可以降低同學們對陌生內容、長篇文章的恐懼感,並且逐漸了解科學文章的構成,而能更快抓住文內的重點。

想要進一步了解更多內容的話,閱讀任務內也有連結可以直通 PanSci 泛科學的原文。透過科學生的閱讀練習,訓練了素養能力,更提升了會考成績。

Student.PanSci_96
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