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2018年12月27日

張綺霞 STEM尖子

順德聯誼總會翁祐中學 研發女團創製「發熱救生衣」

位於天水圍的順德聯誼總會翁祐中學向來盛產科技創新發明人才,在多個科學及STEM比賽都名列前茅,更曾經產出「星之子」與「星之女」。早前多位同學更在創新科技署所舉辦的「創新科技月2018」中展出冠軍作品。年紀輕輕的她們,今年才就讀中四,卻已憑作品「『醒』降機程式」加強載人效率、「發熱救生衣」免除海難者低溫失救獲得科學比賽冠軍,並在世界不同地方贏得獎項。

能有這種成績,除了老師和學校的幫助,更重要的是她們對於科研抱有很大熱情,為了將作品做到更為完善,多月來差不多天天留在學校,學習各種知識,進行實驗等,苦功不少。

來自順德聯誼總會翁祐中學的5個女生,分別憑兩個作品在早前的2018香港學生科學比賽(初中組)奪得發明品冠軍及研究項目冠軍。陳可恩、曾柔、劉芷欣所發明的程式「醒」降機,曾於第33屆全國青少年科技創新大賽獲得「一等獎」,又於羅馬尼亞及加拿大舉行的國際大賽中獲「金獎」。它利用了熱成像模組監測升降機內的情況,只要升降機滿載,程式就會控制升降機直達終點,而不會層層停,她們又利用PIR Motion sensor監測升降機外的人物活動,如果沒有人在外面等候,升降機就會跳過該層數,避免逐層開門卻沒人進出,為配合這個系統,她們更設計了兩個Android手機應用程式,方便視障人士及其他使用者使用升降機。

 

團隊解釋,日常上學時她們經常會遇上電梯層層停的問題,導致遲到,因此想到設計一個會自動偵測每層是否有人等候的裝置及電梯人數的程式。而且曾柔爺爺是視障人士,希望也能將這個程式配合手機應用,幫助有視力障礙的人乘搭電梯。

雖然學校早在ICT課程加入C編程語言的學習,但不足以應付設計複雜程式,對科技發明特別有興趣的同學,都可參加校內的資訊科技發明小組。曾柔說:「邊做邊學,學了很多。例如高年級才會學到的C++程式語言,我們初中已經掌握。網上也有不同教學,我們也有參考。很大程度都要靠自學,如果真的應付不來,就可以請教老師,取得一些關鍵字,再在網上搜尋相關知識。」

她們大概用了一年時間研究和調整,才有了如今的成品,如今正在不斷改善其功能。為了確保程式貼合他們需要,除了問爺爺意見,她們也透過相關機構訪問了不少視障人士,根據他們的意見調整成品。每個同學都有不同分工,陳可恩負責熱成像模組,而曾柔、劉芷欣則負責撰寫程式和製作模型。

海難啟發發明

葉寶瑩、蔡培琳則設計出能發熱保暖的救生衣「緊急救生一小時」,並在第33屆全國青少年科技創新大賽獲「二等獎」、「雲日專項獎」等。根據國際海難救助聯合會的統計,每年八成海難遇難者都是被凍死,因此她們設計出內置循環發熱系統的救生衣,希望能延長海難者在冰冷海水中的生存時間。

葉寶瑩說:「在2015年,我從新聞中看到歐洲的小型船隻發生海上事故,22人因為在海上失溫,就算是穿着救生衣都喪命,便希望能改善這個問題。」在仔細研究下,她們用兩種發熱物料建立一個循環放熱系統。一種是「超冷凍」暖包醋酸鈉溶液,只需要啪一下金屬片,就令裏面的物料結晶放熱,加熱後則可變回液體,重新使用,缺點是放熱時間長,不利保溫。另一種則是「雞尾酒」式放熱包,由固態鈣和硼酸組成,當中的化學放熱反應簡單,中學也會學到,但因它放熱的溫度太高,所以也甚少用作保暖用途。

她們花了不少時間去理解當中的發熱原理,蔡培琳說:「要老師在課後為我們作特別學習培訓才能掌握。」隨後她們發現兩個物料放在一起時,其發熱功能可以互補,溫度過高的「雞尾酒」式放熱包的熱力可以被「超冷凍」暖包吸收,而有了「超冷凍」暖包的阻隔,「雞尾酒」式放熱包也不會燙傷人。她們以這個原理研發出最後成品,救生衣能保暖攝氏35到40度,保暖功效也長達半小時。只是「雞尾酒」式放熱包遇水後可能會釋出氫氣,因此她們也加入特別材料來打散這可能出現的氣泡,氫氣不會引致救生衣爆裂,經過多次實驗,終於確定安全。

兩組同學同屬校內的科創小組的成員,但份屬兩個不同範疇,因此發明的東西也有所不同。學校特別重視培育學生的科創才能,作為一條龍學校,從小學預備升中時,已經提供銜接的科研工作坊,培養她們這方面的興趣。早在中一的時候,學校已經舉辦全級活動,讓所有學生自行建立一個「載物塔」,載最多東西者為勝,又有機械人比賽等,也不時舉辦射水炮大戰等的比賽,幫助不同的同學建立興趣,也是她們接觸科創發明的第一步。

她們從小學開始,就很仰望因為科創發明而摘星的師兄師姐。蔡培琳說:「中學外有很大標語告訴別人他們的傑出的成績,升上中一,我仍是很崇拜他們,後來開始有機會可以學習到這方面的知識,他們也成為了我們的動力。」剛開始時,老師也勸勉她們只是抱學習心態去比賽,不要以為別人會比不上自己,不要輕易自滿,要多聽別人意見。「看看別人有什麼比自己好的地方,然後改進。」曾柔也同意:「每次參加國際比賽後,最大的得着不是獎項,而是與來自世界不同地方的人交流。有時候看到別人的技術比我們好,也可以從中學到更多。」

平衡學研時間

她們發明這些作品的時候是中三,為了準備選科課業繁重,需要管理好時間,才能保持平衡。她們都會制訂每天的進度時間表,把握上課前後的時間,而且各同學也有不同分工,因此也能應付。葉寶瑩說:「在小息時準備好材料,放學後就可立刻進行實驗。」她們幾乎每一天,乃至星期六日都回校做實驗。陳可恩說:「每天都會做到六七點,星期六日也會回來做。雖然辛苦,因為我們對此很有熱誠,也覺得值得。」同時參加西樂團的她,要在兩個活動中作取捨,最後她也放棄了後者的訓練。

她們都表示,對科研有很大興趣,而且發明真的可以幫到有需要的人,不介意付出時間。劉芷欣曾與視障使用者交流,對方也大讚她們的發明很方便及容易操作,讓她們也覺得很滿足。從中二開始,她們就到不同地方參賽,包括中國和國際比賽,中三那年更有機會去美國,大部分出賽開支都有機構贊助,包括住宿和交通,是難得的體驗。「出發前也要練好英文,好跟別人介紹自己的作品。」

拿獎回校後,大家都很羨慕,一些同學更因此主動加入小組。但工作繁重,加入小組前,老師都要他們注意時間分配,葉寶瑩:「從開始到完成計劃,只有六七個月時間。」如今她們升上中四,仍每天留在學校把作品優化,繼續參加更多比賽,希望真的有天能推出市場。過程中也有一些公司主動詢問相關資料。葉寶瑩說:「未來希望能繼續做這樣有意義的事。」她們均修讀理科,是同班同學,希望未來都能投入與科研有關的學術範疇或事業中,把興趣變成事業。

撰文:張綺霞

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