美國2011年度十佳中學(xué)生發(fā)明家

通過嚴(yán)格檢測和認(rèn)真評比，美國推選出2011年10位最佳中學(xué)生發(fā)明家。他們敢于創(chuàng)新，在改進(jìn)磁共振成像術(shù)、癌癥治療、汽車排氣系統(tǒng)清理、人類與機(jī)器人之間的互動(dòng)通信等領(lǐng)域，卓有建樹。

No.1：阿利森·德納·布里克發(fā)明：智能手機(jī)水質(zhì)測試儀

讀中學(xué)時(shí)，一次傾盆大雨頓時(shí)將布里克家鄉(xiāng)的大街小巷，變成了一片汪洋。公共官員警告說，洪水有可能把污水帶進(jìn)供水系統(tǒng)。朋友打電話問她，有沒有檢查自來水是否安全的方法。

4年后，布里克完成了一項(xiàng)手機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，能判斷拍下的水樣品圖片中細(xì)菌的濃度。與目前需要18小時(shí)才能確定水樣品中化學(xué)物質(zhì)和細(xì)菌含量的檢測試劑不同，布里克的手機(jī)測試系統(tǒng)能夠立即提供簡單明確的答案：要么水被污染，要么可以安全飲用。她還開發(fā)了一種閱讀和分析低分辨率的化學(xué)水樣照片中黃色像素強(qiáng)度的計(jì)算方法。

No.2：瑞安·埃里克森發(fā)明：便攜式太陽能海水淡化裝置

瑞安·埃里克森雖然生活在內(nèi)陸沙漠地區(qū)，但卻對如何開發(fā)利用海洋雄心勃勃，并制訂了宏偉的計(jì)劃。2010年，阿聯(lián)酋和澳大利亞等國實(shí)施的一種大型海水淡化項(xiàng)目引起了他極大的興趣。該項(xiàng)目用于去除海水中的鹽和其他礦物質(zhì)，使海水可以飲用。

受此啟發(fā)，他研制了一種能處理海水中有害細(xì)菌的自動(dòng)化便攜式海水淡化裝置。該裝置只有0.085立方米大小，兩個(gè)人就能輕而易舉地抬起，主要由沙、木炭和塑料瓶等現(xiàn)成材料制成。海水經(jīng)過沙和木炭層層過濾之后，進(jìn)入一個(gè)沸騰室。排出的蒸汽被冷凝管冷卻并且由它收集起來，然后暴露在能殺死有害細(xì)菌的紫外線下。

No.3：帕拉姆·雅吉發(fā)明：汽車尾氣二氧化碳過濾系統(tǒng)

別的青少年領(lǐng)到駕證后，想到的只是兜風(fēng)或駕車去商場。但17歲的帕拉姆·雅吉開車上路時(shí)，卻忍不住思索汽車排出的廢氣。他一直在研制一個(gè)可以安裝在排氣管上的二氧化碳捕獲系統(tǒng)。在雅吉的設(shè)計(jì)中，廢氣進(jìn)入一個(gè)裝滿藻類的盒子里，利用發(fā)光二極管發(fā)出的光線進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生的水和氧氣最后從排氣管上的罐形容器里排出。

其他正在研究的捕獲系統(tǒng)使用過濾器或化學(xué)品來捕獲二氧化碳，這些材料必須不斷地更換補(bǔ)充。而雅吉的藻類系統(tǒng)卻很簡單，只需要種植更多的藻類。在2011年5月舉行的英特爾國際科技展覽會(huì)上，他的發(fā)明榮獲2011年美國環(huán)保局的“帕特里克·H·赫德可持續(xù)發(fā)展獎(jiǎng)”。

No.4：愛德華多·費(fèi)爾南德斯發(fā)明：3-D輔助機(jī)械手

自從5歲的愛德華多·費(fèi)爾南德斯學(xué)會(huì)了如何把遙控車拆開以后，家里的小玩藝兒就不得安寧了，被拆得七零八落。他說：“不管是玩具，還是電池、電機(jī)，我都想知道它們是如何工作的。”

7年級時(shí)，他加入了為參加全國第一場比賽而組建的機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在參與設(shè)計(jì)的機(jī)器人中，一個(gè)能把20厘米的球形體投擲到2.4米高的空中，另一個(gè)會(huì)踢足球，還有一個(gè)是水下自律式機(jī)器人。但

費(fèi)爾南德斯說，迄今為止最滿意的“作品”是他帶領(lǐng)研制的EVROV機(jī)器手，它能在宇航員太空行走時(shí)協(xié)助抬起和搬動(dòng)工具。EVROV機(jī)器手2010年獲得康拉德基金會(huì)的創(chuàng)新精神獎(jiǎng)，很引人注目。

No.5：亞歷山大·吉爾伯特發(fā)明：提高磁共振成像術(shù)圖像對比度，使診斷更準(zhǔn)確的技術(shù)

在亞歷山大·吉爾伯特大約6歲時(shí)，他的一個(gè)親人被診斷出患有多發(fā)性硬化癥。1年后，這位親人發(fā)現(xiàn)醫(yī)生們誤讀了她的磁共振成像術(shù)圖像。“當(dāng)時(shí)我還小，不能完全理解誤診會(huì)給患者帶來如此之大的震驚。”他回憶說。

吉爾伯特15歲開始研究磁共振成像技術(shù)，高中二年級曾在國家健康研究所實(shí)習(xí)。在那里，吉爾伯特發(fā)現(xiàn)身體每個(gè)部分的細(xì)胞密度不同，信號強(qiáng)度也不同，如空氣的信號強(qiáng)度很淡，骨骼產(chǎn)生的信號圖像很睹，脂肪和骨髓產(chǎn)生明亮的圖像。他歸納出對這些差異做出解釋和提高圖像對比度的一整套規(guī)則系統(tǒng)，顯示難以識別的組織損傷，使醫(yī)生能夠更加準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的跡象。第二年夏天，吉爾伯特又開發(fā)另一種改善磁共振成像術(shù)圖像對比度的技術(shù)，使腦灰質(zhì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)顯得更加清晰。

No.6：馬特·費(fèi)得遜和布萊克·馬格拉夫發(fā)明：治癌新療法

5年級以來，馬特·費(fèi)得遜和布萊克·馬格拉夫課余時(shí)間總在后院里鼓搗一些發(fā)明。升入高中一年級后，他們鄭重其事地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。有一次，一位老師提到核電廠用錫做成的管座屏蔽存在缺陷，在某種程度上使輻射放大。正巧當(dāng)時(shí)兩家都有癌癥患者，正在接受治療。他們想知道，能否把錫用作增加×射線初始劑量的次要?jiǎng)┝浚狗派渲委煾行АＴ谏飳?shí)驗(yàn)室里，馬特和布萊克把錫的微小顆粒注射到一個(gè)用酵母做成的模擬腫瘤中。當(dāng)X射線擊中錫金屬時(shí)，它像核電廠錫做成的管座屏蔽一樣再次產(chǎn)生一輪輻射，但這次卻殺滅了額外的癌細(xì)胞。與常規(guī)放射治療相比，這種治療新法能使死亡的癌細(xì)胞增加20％，而每個(gè)病人的治療費(fèi)用僅為60美分。

No.7：饒克·欽李發(fā)明：主動(dòng)消除噪音，實(shí)現(xiàn)人類與機(jī)器人的語音交互作用

饒克·欽李自從2006年觀看了美國國防部高級研究計(jì)劃局的無人駕駛汽車挑戰(zhàn)賽的電視節(jié)目之后，便迷上了人工智能這個(gè)領(lǐng)域。中學(xué)時(shí)，她申請了一個(gè)在麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室的暑期研究計(jì)劃——研發(fā)自動(dòng)叉車“波基”(Pokey)，這是該實(shí)驗(yàn)室當(dāng)年的主要項(xiàng)目之一。

設(shè)計(jì)Pokey機(jī)器人的目的在于讓它去建筑工地工作，可它在處理人類語言的微妙語型變化時(shí)，尤其是在出現(xiàn)很多背景噪聲的情況下，存在很大的困難，無法區(qū)分口頭指令和與人類語音頻率相同的環(huán)境噪聲。在自學(xué)了如何把必要的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)運(yùn)用到語音處理后，饒克·欽李開發(fā)出一種把背景噪聲過濾掉的新技術(shù)。它具有極大的應(yīng)用潛力，不僅僅適用于Pokey叉車機(jī)器人。她希望有一天能利用這種新技術(shù)，開發(fā)出許多人工智能的產(chǎn)品，例如用音頻控制的輪椅。

No.8：哈維爾·費(fèi)爾南德茲漢發(fā)明：多功能廢物、食品和能源系統(tǒng)

在日本參觀2005年世界博覽會(huì)時(shí)，哈維爾·費(fèi)爾南德茲漢和他的家人碰巧訪問了“無國界醫(yī)生組織”策劃的模擬難民營。他深有感觸地說：“我不知道人們在沒有飲用水、食物和住所的情況下如何生活，我意識到以后要把研究重點(diǎn)放在可持續(xù)生活系統(tǒng)上。”

2009年，15歲的哈維爾開始把像水泵和沖水廁所一類現(xiàn)有的和改進(jìn)的設(shè)備，整合成適合難民營和發(fā)展中國家小村莊使用的多功能系統(tǒng)。他的其他發(fā)明涉及到污水的處理，把包括甲烷在內(nèi)的有害氣體變?yōu)樵孱惾剂希a(chǎn)氧氣和能夠喂養(yǎng)牲畜的藻類。由于成績顯著，他獲得了“阿育王勒梅森優(yōu)秀獎(jiǎng)”。哈維爾還創(chuàng)建了“無國界發(fā)明家”和“創(chuàng)新鑄造廠”兩個(gè)青少年科研組織，他們在一起共同探討和研究饑餓、缺乏受教育機(jī)會(huì)和惡劣空氣質(zhì)量等問題。

No.9：加布里埃爾·西伊發(fā)明：滿足DNA自動(dòng)化組裝等項(xiàng)目要求的廉價(jià)液體處理新系統(tǒng)

9歲時(shí)，破格讀中學(xué)的加布里埃爾·西伊就加入了學(xué)校的機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)。有一次，加布里埃爾參與了幾個(gè)商業(yè)液體處理系統(tǒng)的研究工作，這是使用機(jī)器臂和機(jī)械化吸量管測量、傳送和精確控制液體量的設(shè)備。它價(jià)格昂貴，高達(dá)1萬～5萬美元，一般的實(shí)驗(yàn)室買不起。在大學(xué)的病理實(shí)驗(yàn)室，加布里埃爾使用樂高可編程結(jié)構(gòu)玩具指令發(fā)明了一個(gè)簡單的系統(tǒng)。在1年之內(nèi)，他用卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室硬件和自己編制的軟件完成了該系統(tǒng)的研發(fā)。它可以傳輸?shù)椭?微升液體量，以滿足像DNA自動(dòng)化組裝等項(xiàng)目的要求。該系統(tǒng)成本僅750美元，普通大學(xué)和剛創(chuàng)業(yè)的公司都能負(fù)擔(dān)得起。該設(shè)備榮獲麻省理工學(xué)院2009年國際遺傳工程機(jī)器設(shè)計(jì)競賽的銀牌獎(jiǎng)。

N.10：薩拉·沃爾茲發(fā)明：提高藻類生物燃料的效率

在很小的時(shí)候，沃爾茲就下決心要幫助人類廢除化石燃料。7年級時(shí)，她開始研究替代燃料。進(jìn)入高一后，沃爾茲閱讀了有關(guān)藻類燃料的幾篇文章，開始測試麻籽油作為潛在生物燃料的可能性。她向本地的替代燃料能源公司和實(shí)驗(yàn)室請教，使自己對有關(guān)的領(lǐng)域和設(shè)備熟悉起來，隨后建起了能在家里栽培藻類的光生物反應(yīng)器和一種新型媒介。她操縱藻類的生長條件以限制氮素供應(yīng)，認(rèn)為這種操縱能提高一種酶的轉(zhuǎn)錄，這種酶也許可使藻類生產(chǎn)更多石油。下一步，沃爾茲將測試酶的轉(zhuǎn)錄是否會(huì)使藻類生產(chǎn)更多的石油，這將意味著提高每畝的石油產(chǎn)量。