2025 IEYI 世界青少年發明展：臺灣選拔賽
📋 前言
世界青少年發明展（IEYI）鼓勵青少年透過動手實作與創客精神，結合 STEM 教育進行創新發明。我們此次參賽主題與先前兩岸交流相同，聚焦於改善電梯乘坐體驗。本次計畫將優化設計，改用步進馬達線性直線滑軌取代懸吊方式，以提升穩定性，並將樓層數由五層減為三層，以利設計與改進。
關於比賽
世界青少年發明展（International Exhibition for Young Inventor, IEYI）由日本發明協會（JIII）於 2004 年發起，旨在培養青少年的創造力與創新能力。作為創始會員國之一，臺灣可直接以「臺灣」名義參與國際交流，展現優秀的發明成果。
IEYI 強調動手實作（hands-on）與創客（Maker）精神，並結合 STEM 教育，鼓勵學生將科學、技術、工程與數學融入發明過程。透過發現問題、解決問題與持續改進的歷程，培養青少年的想像力與問題解決能力。
與此同時，美國「No Child Left Behind」教育政策針對不同學習型態的學生提供適性教學，讓觸覺型學習者透過實作活化知識習得。臺灣教育部與各地教育單位近年來亦積極推動「自學、自造」的創客教育，使學生在實作中學習與創新。
IEYI 由各會員國輪流舉辦，提供青少年國際交流的機會，拓展全球視野。臺灣代表隊表現優異，經常在國際賽事中獲獎，展現豐富的創意與創新能力。
發想過程
我們這次的主題跟之前去[兩岸交流]的主題是一樣的，都是改善電梯的乘坐體驗，而因為這次時間充裕，所以我們的目標是將作品做得更完整。並從中找到更多可以改善的地方。
我們這次不打算繼續使用步進馬達懸吊電梯艙的方式，我們使用了步進馬達線性直線滑軌，使用這個零件可以增加我們作品的穩定性，並將原先五層樓的電梯修改為三層樓，方便我們進行設計。
那這樣我們新的一輪創作就準備開始了。
製作過程
我們先進行了分工，我負責電路設計、焊接、影像辨識等，我的隊友一負責電梯的運行邏輯、作品說明書，我的隊友二負責電梯外觀的雷切設計以及影像辨識。那其實我在這邊還扮演了多工能工具的角色，哪裡需要我幫忙我去哪裡，這是我在嘗試的一種合作模式。
我們使用樹莓派4 作為驅動電梯的電腦，在測試樹莓派可以透過步進馬達驅動板控制線性直線滑軌滑後，我們就開始著手設計電路、運行邏輯以及外觀。
在設計時我們遇到了電源供應不足的問題，樹莓派的 5V 無法提供馬達線性直線滑軌足夠的驅動電量，因此需要外接電源。我們使用了 PD誘騙器讓 5V 的充電頭能輸出 12V 的電壓，藉此解決了電壓不足的問題。
我這邊的電路設計好後我去幫忙了負責設計電梯外觀的隊友，他問說我們電梯的大小以及空間佈局，我使用了厚紙板設計了初始的外型，那討論過後決定設計一個電腦主機外型的電梯造型。
處理完這些初始問題後我開始開發影像辨識人數的環節，我最初打算使用 YOLO5 nano 計算電梯艙內的人數，但 YOLO 只能辨識人數無法辨識電梯內的空間，這導致了一些非人的物品佔用了電梯的空間卻不會被計算到，所以我決定使用最初設計的方法，用 OpenCV 辨識顏色的能力計算電梯內還剩多少空間。在解決一些版本問題後大致就完成了。
那接下我們遇到電梯邏輯的問題，這個問題困擾了我們兩個月之久，在比賽前一週都還沒解決，後來我們詳細研究了電梯的研究邏輯，一般來說電梯會有 2~3 片晶片，一片用來控制電梯的馬達、一片用來紀錄樓層的請求、一片用來跟不同的電梯進行溝通。而在我們的電梯中只有一台樹莓派，我們有想過加一顆 D1 或 ESP32，但後來考慮到供電問題，最後我們沒有採用這個方法。經過跟老師的討論，我們想到了可以讓程式碼運行的時候反覆確認有沒有樓層請求
邏輯如下：
1 | 有人按三樓 -> 電梯開始運行 -> 經過一秒 -> 確認有沒在外部請求電梯 -> 馬達運行 -> 確認有沒在外部請求電梯 |
那經過這樣的反覆執行應該就可以解決我們遇到的電梯邏輯問題，但我們沒有考慮到這樣步進馬達會停下來一秒進行判斷，所以從外人的眼光看會覺得這台電梯很卡。而這時候已經到了比賽前一週，經過比賽討論，我們決定改變比賽策略，在仔細研讀過簡章後，我們發現 IEYI 發明展很在意創意以及設計思考等設計師的思考邏輯，所以我決定利用 Python 製作一個智能電梯模擬系統，模擬真正電梯在運行時的邏輯以及外觀，因為模擬軟體缺少了馬達這個物理因素，所以可以無視馬達等一秒的規則。就這樣在帶著不完整的作品，我們前往了比賽會場。
再次發想
在進到比賽現場的環節前我想要補充一下，在我們設計電梯時的閒聊中，我們聊到：在高樓層的如果突然發生意外需要快速到一樓或者醫護人員需要快速到達該樓層時我們該怎麼辦？而這次的閒聊讓我們發現一個淺在的需求，我們決定在電梯上多設計一個警急按鈕，當有人按下時代表情況警急，電梯會立刻將乘客送至一樓，或是將醫護人員送至患者的樓層。那我們有考量到可能會有人亂按，但我們不想要因為這樣而去增加警急按鈕上的防護措施，我們希望遇到緊急狀況住戶或使用者可以快速的按下，所以我們設計了警報器，按下後會發出巨大的警報聲，讓其他人得知電梯內有警急情況，那如果有人亂按當人會受到相應的處罰。
比賽現場
這邊想要先分享一件有趣的事，我們去會場前我們先回學校去拿我們的作品，而拿到作品後我們用手機叫了計程車，當計程車到達師大的時候，計程車司機直接停在大門口，我們下車時氣場十足，我想這無意間增加了我們這組的氣勢。
比賽開始前我們這組就出現了意外，因為比賽前一天我們的馬達滑軌還沒有固定，所以我索性直接用熱溶膠黏，而我忘記了步進馬達待機時會發熱，所以當我們測試完基本的電梯可以運作後馬達也剛好把熱溶膠融掉了，馬達就這樣應聲倒下，當時我們嚇爛，警急檢查所有線路以及馬達的狀況，幸好事沒有造成什麼毀滅性的破壞，最後我們用電火布將馬達滑軌固定。
現場我們將平板當作是電梯艙的地板，鏡頭朝向平板並連接我設計的「智能電梯模擬系統」
因為是第一次比 IEYI 發明展，不清楚評審的問答方式，總共會有 4 個評審，創意性、市場效益性、操作作動性，分別會在不同時間的出現，每個評審有 2min 的報告＋問答，最後一個評審是隨機的，因為一開始不知道這些，在第一個評審出現的時候我們沒有意識到他是創意評審，所以我們按照流程介紹了一遍，而介紹完後還有 30sec 但評審沒有提出任何問題。
從第二個評審開始我們就有針對評審的審評類別出著重介紹，像是市場效益我們就著重強調了雖然警急按鈕在平時用不到，但不幸用到時會很慶幸有這顆按鈕。操作作動性的部分我們強調了我們電梯的自動畫判斷。最後一個評審因為不知道是評什麼的，所以我們都介紹了一遍。
那在解說的過程我們發現評審都沒有問題想問我們，這讓我們很緊張，覺得評審對我們的主題沒有興趣。
比賽心得
這次的比賽我們這組「智能電梯」獲得金牌，如果要用一句話形容這次的比賽那一定是：「過程刺激結果意外」為什麼結果會意外呢？那是因為前面有提到我們的電梯邏輯沒有設計好，導致我們的作品運作過程無法使用成品展示，因此我們設計了「智能電梯模擬系統」並將步進馬達設計成可以上下移動但沒有任何邏輯。因此在注重設計跟創客精神的 IEYI 發明展感覺非常的不利。
在我們報告的同時我有在觀察每一個評審的表情變化，當我提到警急按鈕的功能以及我們設計思考的方式時，我有注意到評審的表情比較認真，所以我推斷這是評審喜歡的點，後續三個評審我都有加重警急按鈕介紹的比例，也許這有幫助我們多加分吧。
回到學校後我們開了一次復盤會議，大致是討論：我們哪裡做得很好以及評審為什麼沒有問問題，明明還有時間？那我們的指導老師提示道，發明展的評審很多都來自北藝大或者其他學校的不分系，在這些評審中，懂技術的不一定很多，這些評審主要是想要聽到：思考的邏輯、設計的方針、如何解決問題、有沒有思考到解方的利弊，那因為我們在後續著重提到了這些，所以評審可能很滿意，那之所以沒有問問題，也許是因為評審真的沒有問題好問，因為可能不懂技術，所以無法問技術相關的問題，那思考方面我們介紹的很清楚，所以評審也沒什麼好問的。
後續發展
因為我們在賽後有被邀請去日本參加世界賽，所以我們會重新設計外觀，我預計會是可以拆成三部分方便我們帶出國跟過海關。那除了外觀重新設計，我們也要來研究如和在使用一片樹莓派的情況下完成電梯的邏輯，在此時此刻我已經有一些想法了。
那除了持續參加 IEYI 的世界賽，我也打算修改我們的作品說明書並優化過程，最後投稿小論文。想要研究的是：利用攝影機畫面的突破來計算電梯內的人數 和 警急按鈕的使用率資料收集。