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如何用LEGO研究植物

葉綠舒
・2014/06/29 ・1116字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 481 ・五年級
相關標籤: 樂高 (8)

愛荷華州立大學(The Iowa State University)材料科學與工程系助理教授Ludovico Cademartiri想了解環境對植物生長的影響,特別是在氣候變化與土壤特性如何影響根系的生長。要進行這樣的研究,植物要暴露於高度受控的環境中,包括養分、水、氧氣以及根的物理障礙物等等都要控制。

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Ludovico Cademartiri 以及 Kara Lind。 圖片來源:Science Daily

過去在植物實驗上最常用的環境控制方式,包括了溫室(Greenhouses)、培養箱(growth chamber)與微流控技術(microfluidic technologies);溫室與培養箱可以為整株植物創造一個大致上控制得還不錯的環境,但是整間溫室都一樣。微流控技術可以建立一個高度控制微米級的環境,但是造價很貴,又比較複雜,也不容易擴充。

Cademartiri認為,這種研究植物和根系的生長的設備,應該是簡單、廉價、靈活、再現性高,並能同時進行多個實驗。這樣的東西最好還能模組化,結構精確又容易擴充,即使在沒有最新的技術或植物科學或農業研究的基礎設施的實驗室也能操作。 當然,這種設備還要透明,可以用高溫高壓消毒,立體,具有安定的化學性質,而且能與現有的植物生長實驗相容。

看起來達成所有這些要求似乎是很困難,但是他想到了完美的解決方案:樂高積木。

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Cademartiri說,不要認為它們就是玩具。樂高積木實際上是以精密非凡的標準來構建的高品質的塑膠模組,我們可以用它來建立任何東西;而且非常適合用來解決複雜的設計問題。

Kara Lind(愛荷華州立大學博士生)說,她在這個研究裡面負責的項目是:搞清楚如何將透明的樂高積木搭成可以充填凝膠或其他土壤替代物,然後讓植物在裡面發芽和生長。她還嘗試把樂高的環境擴充,好讓正在成長中的植物可以繼續裝在裡面。

除此之外,她還開發在樂高的環境中建立化學梯度的技術,未來可以用來測試植物對營養物和毒素的反應。

研究人員認為,他們最近在PLoS ONE發表的研究結果說明了,對於研究植物根系來說,樂高積木是非常方便和靈活的設備。他們將繼續開發工具庫,製造複雜、實惠又精緻的工具(樂高積木)。

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他們是怎麼做的呢?

1. 先用LEGO Digital Designer(簡稱LDD)設計出想要的實驗器具,接著LDD就會產生說明書,並告訴設計者他需要的積木數目與型號。

2. 到LEGO的”pick a brick”網頁進行線上購買。

3. 等積木來了以後,拿去滅菌後組合。 然後就可以做實驗了!

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因為LEGO不是完全密合的,所以當要使用培養基培養植物的時候,在置備培養基的過程中會有少量培養基從隙縫流出,只需要在置備的時候先置備多一點培養基,等培養基冷卻到40度C左右再將培養基倒入LEGO容器,就不會損失太多培養基了。(詳情請看文章所附的影片

參考文獻: LEGO bricks turned into scientific tool to study plant growth. Science Daily [ June 22 ,2014]

原刊載於作者部落格Miscellaneous999

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葉綠舒
262 篇文章 ・ 10 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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停工即停薪:如何證明你的時間值多少?車禍背後的認知 x 情緒 x 金錢 x 法律大混戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/01/09 ・3351字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 PAMO車禍線上律師 合作,泛科學企劃執行

走在台灣的街頭,你是否發現馬路變得越來越「急躁」?滿街穿梭的外送員、分秒必爭的多元計程車,為了拚單量與獎金,每個人都在跟時間賽跑 。與此同時,拜經濟發展所賜,路上的豪車也變多了 。

這場關於速度與金錢的博弈,讓車禍不再只是一場意外,更是一場複雜的經濟算計。PAMO 車禍線上律師施尚宏律師在接受《思想實驗室 video podcast》訪談時指出,我們正處於一個交通生態的轉折點,當「把車當生財工具」的職業駕駛,撞上了「將車視為珍貴資產」的豪車車主,傳統的理賠邏輯往往會失靈 。

在「停工即停薪」(有跑才有錢,沒跑就沒收入)的零工經濟時代,如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?又該如何在保險無法覆蓋的灰色地帶中全身而退?

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如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?/ 圖片來源: Nano Banana

薪資證明的難題:零工經濟者的「隱形損失」

過去處理車禍理賠,邏輯相對單純:拿出公司的薪資單或扣繳憑單,計算這幾個月的平均薪資,就能算出因傷停工的「薪資損失」。

但在零工經濟時代,這套邏輯卡關了!施尚宏律師指出,許多外送員、自由接案者或是工地打工者,他們的收入往往是領現金,或者分散在多個不同的 App 平台中 。更麻煩的是,零工經濟的特性是「高度變動」,上個月可能拚了 7 萬,這個月休息可能只有 0 元,導致「平均收入」難以定義 。

這時候,律師的角色就不只是法條的背誦者,更像是一名「翻譯」。

施律師解釋「PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言。」 這包括將不同平台(如 Uber、台灣大車隊)的流水帳整合,或是找出過往的接單紀錄來證明當事人的「勞動能力」。即使當下沒有收入(例如學生開學期間),只要能證明過往的接單能力與紀錄,在談判桌上就有籌碼要求合理的「勞動力減損賠償 」。

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PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言 / 圖片來源: Nano Banana

300 萬張罰單背後的僥倖:你的直覺,正在害死你

根據警政署統計,台灣交通違規的第一名常年是「違規停車」,一年可以開出約 300 萬張罰單 。這龐大的數字背後,藏著兩個台灣駕駛人最容易誤判的「直覺陷阱」。

陷阱 A:我在紅線違停,人還在車上,沒撞到也要負責? 許多人認為:「我人就在車上,車子也沒動,甚至是熄火狀態。結果一台機車為了閃避我,自己操作不當摔倒了,這關我什麼事?」

施律師警告,這是一個致命的陷阱。「人在車上」或「車子沒動」在法律上並不是免死金牌 。法律看重的是「因果關係」。只要你的違停行為阻礙了視線或壓縮了車道,導致後方車輛必須閃避而發生事故,你就可能必須背負民事賠償責任,甚至揹上「過失傷害」的刑責 。 

數據會說話: 台灣每年約有 700 件車禍是直接因違規停車導致的 。這 300 萬張罰單背後的僥倖心態,其巨大的代價可能是人命。

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陷阱 B:變換車道沒擦撞,對方自己嚇到摔車也算我的? 另一個常年霸榜的肇事原因是「變換車道不當」 。如果你切換車道時,後方騎士因為嚇到而摔車,但你感覺車身「沒震動、沒碰撞」,能不能直接開走?

答案是:絕對不行。

施律師強調,車禍不以「碰撞」為前提 。只要你的駕駛行為與對方的事故有因果關係,你若直接離開現場,在法律上就構成了「肇事逃逸」。這是一條公訴罪,後果遠比你想像的嚴重。正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。

正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。/ 圖片來源: Nano Banana

保險不夠賠?豪車時代的「超額算計」

另一個現代駕駛的惡夢,是撞到豪車。這不僅是因為修車費貴,更因為衍生出的「代步費用」驚人。

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施律師舉例,過去撞到車,只要把車修好就沒事。但現在如果撞到一台 BMW 320,車主可能會主張修車的 8 天期間,他需要租一台同等級的 BMW 320 來代步 。以一天租金 4000 元計算,光是代步費就多了 3 萬多塊 。這時候,一般人會發現「全險」竟然不夠用。為什麼?

因為保險公司承擔的是「合理的賠償責任」,他們有內部的數據庫,只願意賠償一般行情的修車費或代步費 。但對方車主可能不這麼想,為了拿到這筆額外的錢,對方可能會採取「以刑逼民」的策略:提告過失傷害,利用刑事訴訟的壓力(背上前科的恐懼),迫使你自掏腰包補足保險公司不願賠償的差額 。

這就是為什麼在全險之外,駕駛人仍需要懂得談判策略,或考慮尋求律師協助,在保險公司與對方的漫天喊價之間,找到一個停損點 。

談判桌的最佳姿態:「溫柔而堅定」最有效?

除了有單據的財損,車禍中最難談判的往往是「精神慰撫金」。施律師直言,這在法律上沒有公式,甚至有點像「開獎」,高度依賴法官的自由心證 。

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雖然保險公司內部有一套簡單的算法(例如醫療費用的 2 到 5 倍),但到了法院,法官會考量雙方的社會地位、傷勢嚴重程度 。在缺乏標準公式的情況下,正確的「態度」能幫您起到加分效果。

施律師建議,在談判桌上最好的姿態是「溫柔而堅定」。有些人會試圖「扮窮」或「裝兇」,這通常會有反效果。特別是面對看過無數案件的保險理賠員,裝兇只會讓對方心裡想著:「進了法院我保證你一毛都拿不到,準備看你笑話」。

相反地,如果你能客氣地溝通,但手中握有完整的接單紀錄、醫療單據,清楚知道自己的底線與權益,這種「堅定」反而能讓談判對手買單,甚至在證明不足的情況下(如外送員的開學期間收入),更願意採信你的主張 。

車禍不只是一場意外,它是認知、情緒、金錢與法律邏輯的總和 。

在這個交通環境日益複雜的時代,無論你是為了生計奔波的職業駕駛,還是天天上路的通勤族,光靠保險或許已經不夠。大部分的車禍其實都是小案子,可能只是賠償 2000 元的輕微擦撞,或是責任不明的糾紛。為了這點錢,要花幾萬塊請律師打官司絕對「不划算」。但當事人往往會因為資訊落差,恐懼於「會不會被告肇逃?」、「會不會留案底?」、「賠償多少才合理?」而整夜睡不著覺 。

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PAMO看準了這個「焦慮商機」, 推出了一種顛覆傳統的解決方案——「年費 1200 元的訂閱制法律服務 」。

這就像是「法律界的 Netflix」或「汽車強制險」的概念。PAMO 的核心邏輯不是「代打」,而是「賦能」。不同於傳統律師收費高昂,PAMO 提倡的是「大腦武裝」,當車禍發生時,線上律師團提供策略,教你怎麼做筆錄、怎麼蒐證、怎麼判斷對方開價合不合理等。

施律師表示,他們的目標是讓客戶在面對不確定的風險時,背後有個軍師,能安心地睡個好覺 。平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。

平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。 / 圖片來源: Nano Banana

從違停的陷阱到訂閱制的解方,我們正處於交通與法律的轉型期。未來,挑戰將更加嚴峻。

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當 AI 與自駕車(Level 4/5)真正上路,一旦發生事故,責任主體將從「駕駛人」轉向「車廠」或「演算法系統」 。屆時,誰該負責?怎麼舉證?

但在那天來臨之前,面對馬路上的豪車、零工騎士與法律陷阱,你選擇相信運氣,還是相信策略? 先「武裝好自己的大腦」,或許才是現代駕駛人最明智的保險。

PAMO車禍線上律師官網:https://pse.is/8juv6k 

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如何使用樂高測量普朗克常數?
活躍星系核_96
・2014/12/17 ・1861字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

lego-watt-balance-4

文 / WaveRiderZETA(某個尚未畢業的爆炎單身菸酒生,不菸不酒,倒是3C的癮頭比較嚴重。)

如果你想要找個完美的禮物送給近乎擁有一切物理學家,何不考慮給他套樂高來測量宇宙的基本常數之一:普朗克常數呢?

普朗克常數是科學中最重要的數字之一。它描述了在被稱為普朗克─愛因斯坦關係的方程的電磁波能量和頻率之間的關係:E=hν。其中,E是能量,ν是頻率和h是普朗克常數。

自1990以來的,普朗克常數因為與其能量單位的關聯性,故成為具有歷史象徵性的一個能量常量單位─但,它不曾被定義與連結到任何一種量測系統校準與標準定義的單位聯想之上。

現在這個情況即將改變。普朗克常數在現在越趨被「設定」的重要,來自於物理學家正試圖改變質量的定義─物理學家們希望它(質量)取決於普朗克常數,而不是依賴一塊藏在巴黎保管庫裡頭的在金屬塊狀體(現在放在巴黎保管庫內的國際千克原器,是一顆人造鉑銥合金塊)。

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正因為此,所以科學家必須要收集大量基於普朗克常數的質量數據;或者反過來,從已知質量逆推得到普朗克常數相關的數值。這也就顯得見怪不怪了─而今日,位於馬里蘭州蓋瑟斯堡的國家標準與技術研究所裡,里昂周(音譯)和幾個快樂的夥伴們,提供並解釋了個好的解決方案:用樂高製作一套製作一套實驗儀器來辦到這個任務。

多年來,物理學家和標準與幾束研究所評估了許多不同量測的方式;最後決定使用一台被人們稱為「瓦特天平器」的機器來進行試驗。

Watt balance

這設備原理上相當簡單。在科學家的點子中,儀器將以質量上所造成的力─物體下墜的重力與由載流線圈所產生的磁場所施予的力達成兩者平衡來加以測試。質量可以通過機械動力(線圈的磁力)進行對照比較─而這樣可以轉換出功率與瓦數,所以,機器就這樣被命名為瓦特天平器,而且兩者可以輕易地被轉換測量而得。

覺得這樣敘述很複雜嗎?那從測量數據的轉換觀點來看吧。這實驗涉及量測如同原理一樣簡單:透過電壓、電流流經線圈的測量(你需要安培與伏特計,不知道是啥去五金行或者電子材料行買吧!)與g,重力加速度的精確數值即可。其中,如果要取得詳盡的重力加速度數值,因為在地球表面上此數字和重力常數息息相關,所以問題很好解決:透過美國國家海洋與大氣管理局網站,簡單的輸入地點,就可以輕易的獲得來自全世界各地的數據。

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接下來是個簡單的數學轉換問題了。既然重力施予物體下落產生下拉的力,天平的另一端要以線圈所產生的機械力─擁有SI單位的電功率,也是機械力數據抗衡,那麼兩者可以畫上等號。「透過常規SI電功率轉換出的機械動力對比,就可以求出h。」於是周和快樂的夥伴們得出了這樣的結論。

那麼,有了原理與方式,該是建造儀器的時刻了。周與快樂的夥伴們表示,這台「瓦特天平器/瓦特平衡儀」所需要的零件幾乎大部分可以從樂高的網站「Pick-a-Brick」(選塊磚塊?)中直接選購;而針對比較特殊的專業組建,周他們也同時提供了網購地取得清單。 最近接觸了一款任天堂上面的遊戲《 FRIV 》,深深覺得遊戲能做到這種程度已經不是厲害可以形容了,決定為文好好談談這款遊戲精巧在哪裡。

cxvxfvf

要花多少錢?看完圖片與列表之後,你一定會想問這個問題。周與快樂的夥伴們提供了一套基本的套件價格試算:大約總成本可低於634美金─最昂貴的組件是300美金的數據採集器和90美金的模擬輸出器。這兩個都可以透過單一功能性的套件進行替換,成本大約189美金。一來一往,節省200美金絕對讓你能夠負擔得起。

「我們希望鼓勵眾多的科學愛好友打造瓦特平衡器,以從事有趣的科學測量。」周的團隊說。這是他們最發自內心的感想了。隨著年末假日大採購的時刻即將來臨;還在傷腦筋找不到禮物送給他人嗎?瓦特平衡套件將會是送給號稱「擁有一切」的物理學家最佳的伴手禮,絕對沒錯!

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備註:

  • 普朗克常數=6.62606957×10-34m2 kg/s。這是一個是一個物理常數,用以描述量子大小。
  • 馬克斯‧普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現:電磁波的發射與吸收必須假設為不連續的狀態且以「份」的方式進行,才能和試驗結果相符。在計算中, 這樣的一份能量被稱作「量子」,每一份能量子等於普朗克常數乘以輻無線電磁波的頻率。這關係稱為普朗克關係,用方程式表示普朗克關係式。
  • 本文不會完全按照內文結構進行翻譯,因為翻成中文很多地方語序不順暢無法形成正常的中文文章,請各位見諒。

資料來源:

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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一步一步讓樂高機器人玩打鼓遊戲
馥林文化_96
・2013/12/17 ・2317字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

文/曾吉弘(CAVE教育團隊

本篇文章將使用三個樂高NXT 觸碰感測器來進行有趣的聲光效果,按下不同觸碰感測器就會讓手機畫面變色, 除此之外,當您點擊手機畫面時,機器人也會發出音效與您同樂。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。

觸碰感測器

樂高NXT 套件中的觸碰感測器前端有一個橘色按鍵,可藉此偵測是否撞到物體或被壓下。由於內部構造是一個開關(switch),所以只能判斷前端是否被壓下而無程度上的區別。對應的資料型別是布林(boolean)。在App Inventor 中, 我們使用NxtTouchSensor 元件的IsPressed 指令(圖1)來偵測觸碰感測器是否被壓下,如果被壓下則為true ,反之為false。

圖1 App Inventor 偵測觸碰感測器是否按下

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開始玩機器人

今天的機器人有點不一樣,不需要馬達,請拿出三個觸碰感測器分別接在NXT 主機的輸入端1 到3 ,組裝好如圖2(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。

圖2 組裝好的樂高NXT 機器人。

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3a , 只有「連線」按鈕可以按,其它所有按鈕都無法操作。點選「連線」按鈕後進入藍牙裝置清單(圖3b),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,就可看到淺灰色的鼓面,且「連線」按鈕變成不可按的狀態,只有「斷線」按鈕可以按(圖3c)。

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圖3a 程式首次執行的畫面。
圖3b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。
圖3c 連線成功後才可看到鼓面。

STEP2 程式初始化:在點選連線清單之前(ListPicker Connect 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4a)。點選之後則先測試連線是否成功,成功則將「斷線」按鈕設為不可點選、「斷線」按鈕設為可點選並顯示Canvas 畫布元件(圖4b)。

圖4a 指定藍牙配對裝置清單。

圖4b 連線成功後啟動相關元件。

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STEP3 使用副程式管理觸碰感測器狀態:我們宣告了三個變數t1、t2 與t3 來儲存三個觸碰感測器的狀態(圖5a)。接著宣告一個名為checkTouch 的副程式來管理這三個變數,只要某個觸碰感測器被壓下,就會將對應的變數改為1 ,反之則為0 ,最後回傳這三個變數的加總值(圖5b),我們就是根據這個加總值來改變Canvas 畫布元件的背景顏色。

圖5a 三個用來儲存觸碰感測器狀態的變數。

圖5b checkTouch 副程式。

STEP4 改變Canvas背景顏色:為了讓程式能夠持續監控三個觸碰感測器的狀態, 我們使用了一個Clock 元件,並設定其計時器更新頻率為100 ,代表每0.1 秒偵測一次觸碰感測器狀態。在Clock.Timer 事件中, 藉由呼叫checkTouch 副程式並根據它的回傳值(0、1、2、3) 將Canvas 背景顏色改為淺灰色、綠色。這裡回傳的數值代表被按下的觸碰感測器數目, 也就是說當您壓下1 號與3 號觸碰感測器時,這時與您壓下2 號與3 號以及1 號與2 號的意義是相同的,都會使手機畫面變為青綠色( 圖6 中的Cyan)。同時我們也會把目前偵測到被壓下的觸碰感測器個數顯示在手機畫面上。

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圖6 每0.1 秒偵測一次觸碰感測器狀態。

STEP5 點擊畫面播放讓機器人播放不同音效:當我們點擊Canvas 元件時, 會根據點擊位置讓機器人發出四種音效。Canvas 元件長寬各為320 像素, 所以我們取中點(160,160) 將畫面分成四等分( 圖7a), 點擊左上、右上、左下與右下時,會讓樂高NXT 機器人發出La、Sol、Mi 與Do 四種音效(圖7b、圖7c), 每次播放長度為0.3秒,這是藉由NxtDirectCommand 的PlayTone 指令所達成的。

圖7a Canvas 元件切成四等分。

圖7b 左上播放La 音, 頻率440/ 右下播放Do 音,頻率262 。

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圖7c 右上播放Sol 音,頻率392/ 左下播放Mi 音,頻率330 。

 

STEP6 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8)。

圖8 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「連線」按鈕,會進到藍牙清單畫面,點選您所要的NXT 主機名稱並連線成功後,就能按下觸碰感測器來控制手機畫面顏色,或者點擊手機畫面來控制機器人發出不同的音效(圖9a ∼ 9c)。

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圖9a 按下任一個觸碰感測器,畫面為綠色。
圖9b 按下任兩個觸碰感測器,畫面為青綠色。
圖9c 按下所有的觸碰感測器,畫面為紅色。

 

歡迎大家由此連結或掃描以下的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App Inventor 中文學習網(http://www.appinventor.tw)與我們一同學習。

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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:http://www.appinventor.tw/setup。

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2014/1月號

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馥林文化_96
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