認識“行動中的科學”決賽入圍者

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


大眾科學贊助的首個50,000美元“行動中的科學”獎將花落誰家?該獎項是2012年穀歌科學展覽會的一部分,旨在表彰學生專案,這些專案旨在解決社會、環境、倫理、健康或福利問題,從而為群體或社群的生活帶來實際改變,並有可能擴大規模。除了現金獎勵外,獲獎者還將獲得我們志願者的為期一年的指導支援(參見評委和導師名單),並將飛往位於加利福尼亞州山景城的谷歌園區參加決賽入圍者頒獎活動。

以下13位青少年中的每一位都提出了令人驚歎的想法,以幫助改變人們的生活。其中八項旨在解決提供安全飲用水的問題(收集、淡化、淨化)。三項側重於提高作物產量的方法。兩項是將遠端醫療帶給那些難以獲得醫生服務的人們的想法,利用幾乎普及的智慧手機和蜂窩網路。在我看來,所有13位都已經是贏家了。

請關注定於6月6日正式宣佈的“行動中的科學”獲獎者,以及谷歌科學展覽會的15名決賽入圍者。更多資訊請訪問谷歌科學展覽會網站


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現在,認識一下決賽入圍者及其專案:

利用可再生生物吸附劑去除氟化物

安詹·文卡特什,14歲,班加羅爾,印度

氟斑牙是由飲用水中攝入過多氟化物引起的,是印度等發展中國家面臨的問題。雖然少量氟化物有益於預防齲齒,但過量會導致健康問題,從牙齒出現凹坑到骨骼變弱。

目前用於去除氟化物的吸附劑要麼太昂貴,要麼需要不斷更換。安詹試圖用可生物降解的複合材料,如澱粉/戊二醛和果膠/纖維素/戊二醛,從水中去除氟化物,這些複合材料可以在耗盡後 легко 更新或重新充電。安詹稱自己為科學愛好者和堅定的夢想家。

垂直多層農業

蘇米特·辛格,14歲,盧西諾,印度

垂直多層農業的設計通常側重於城市地區,它在兩層或多層上種植作物。但低產或小塊土地上的農村農民也可以從產量的提高中獲益。

蘇米特的低成本設計僅使用農村地區豐富且廉價的材料,如竹子、繩索和烤泥瓦。實驗表明,作物產量至少提高了66%,這也將抵消建造多層的投資。陰性或半陰性植物最適合底層。蘇米特說,科學不僅僅是我的熱情,更是我的生命。

農業廢棄物生物修復

傑弗裡·塔努賈賈,19歲,新加坡

廢水的化學汙染影響著許多發展中國家。一種修復技術是利用經過特殊處理的農業廢棄物(如甘蔗渣)去除毒素。但甘蔗渣僅在熱帶國家可用。傑弗裡的專案側重於經過處理的草類(在乾旱氣候和四季分明的國家大量存在)是否可以作為替代品。

傑弗裡用不同濃度的氫氧化鈉預處理草類,以測試其吸附銅汙染物的效率。傑弗裡對科學的興趣在他七歲生日時收到他的第一本科普書《十萬個為什麼》作為禮物時被點燃。

供自給農民使用的水培方法

薩爾基韋·松格韋,14歲,錫特基,史瓦濟蘭

邦克·馬赫拉萊拉,14歲,西蒙耶,史瓦濟蘭

史瓦濟蘭的自給農民約佔總人口的 60%,他們有時無法種植足夠的作物來供應全家直到下次收穫。因此,薩爾基韋和邦克開發了一種他們稱之為“獨特簡化水培方法”(USHM)的方法,該方法使用簡單的技術和可用的鄉村廢棄物,在有限的空間內大量種植作物,而無需使用土壤作為生長介質。他們透過在八週內使用傳統自給農業方法和他們的 USHM 方法種植萵苣和小胡瓜,比較了這兩種方法。 USHM 將給定區域的作物種群平均增加 140% 以上。除了加快收穫時間外,簡單的 USHM 還消除了耕作,耕作是土壤侵蝕的原因之一。

薩爾基韋說,“提出問題並找到答案是我的生活方式”。薩爾基韋和邦克認為,邦克的家庭狀況(史瓦濟蘭大多數農村家庭都有這種情況)可以透過科學得到改善。他們希望,透過讓史瓦濟蘭自給農民掌握簡化水培的知識,生產有機作物,史瓦濟蘭可以成為一個更美好的居住地。

用於心血管風險早期檢測的智慧手機

卡洛斯·維加·加西亞,13歲,拉斯帕爾馬斯-德格蘭卡納里亞,西班牙

心血管疾病通常透過多項測試來診斷。但要檢測風險,不必進行所有測試;擁有一些事實並瞭解身體活動就足夠了。卡洛斯開發了兩個感測器原型,這兩個原型都可以檢測各種身體活動。一個位於鞋後跟,用於檢測身體運動,另一個位於手腕周圍,用於檢測溫度。

這個想法是,在更先進的設計中,這種感測器將被佩戴幾天,並將收集到的資訊無線傳輸到智慧手機。最終,卡洛斯希望為安卓開發一款應用程式,該應用程式可以分析從感測器接收到的資料並提供診斷。卡洛斯喜歡博物館、象棋以及搭建和程式設計樂高頭腦風暴機器人。

海水淨化專案

蒙娜·阿卜杜勒·加瓦德,16歲,利雅得,沙烏地阿拉伯

蒙娜認為,海水淡化是她的祖國埃及減少對尼羅河飲用水依賴的一種方式。為了獲得將海水蒸餾成飲用水的能源,她試驗了太陽能電池板、焚燒廢棄物的氣化和厭氧消化,厭氧消化是指酵母菌和特殊細菌將有機垃圾分解成甲烷氣體。

她說,她的研究表明,厭氧消化是獲得淨化海水能源的首選;太陽能電池板太昂貴,氣化存在汙染風險。厭氧消化產生的甲烷氣體然後被燃燒以產生熱能,用於在蒸餾中煮沸海水。

用向日葵修復高氯酸鹽

馬克·梁,14歲,聖馬利諾,美國

馬克的作品靈感來源於2011年《洛杉磯時報》的一篇文章,該文章稱,由於高氯酸鹽(一種最初用於火箭推進的化學物質)的存在,多個水源被關閉。他還了解到,向日葵可以透過其根細胞吸收多種礦物質離子,這個過程稱為植物修復,這種能力使其可用於從土壤中去除各種致命金屬和放射性物質。因此,他決定看看向日葵是否可以自然地從他所在社群的土壤中去除高氯酸鹽。他將高氯酸鹽溶液新增到使用水培法生長的幼苗的根部。

分析表明,水培培養基中這種化學物質的含量急劇下降。(在他的研究中,他使用了 0.05% 的高氯酸鈉溶液,而不是航空航天工業中使用的毒性更大的高氯酸鉀和高氯酸銨。)馬克說,他的熱情是自然世界,他對我們如何利用自然來推動技術和現代社會尤其感興趣。

磁場對細胞系統的影響

安德魯·陳,14歲,比弗頓,美國

我們的大部分人口都生活在電器產生的恆定磁場中。關於磁場對健康的影響有很多說法。一方面,磁性護具和珠寶等消費品聲稱(沒有證據)對健康有益。另一方面,如果這些磁場對細胞系統有負面影響,我們既可以從人類存在中消除它們,也可以透過殺死細菌汙染來利用它們清潔供水。

安德魯的研究發現,磁場強度似乎確實抑制了他的大腸桿菌測試菌落的生長。他從電視劇《貝克醫生》中瞭解到核磁共振,從而產生了用磁場處理水的想法;他想知道磁場可能產生的有害影響。然後他看到了一部關於無法獲得清潔用水的人們的紀錄片,並將這兩個想法結合起來。

手機相容遠端醫療系統的設計與評估

凱瑟琳·王,16歲,莫里斯敦,美國

在發展中國家或缺乏優質當地醫療保健的偏遠地區,去看醫生可能很困難。然而,如今,蜂窩網路幾乎無處不在,即使在缺乏其他基本基礎設施的地區也是如此,這提供了一個平臺,可以將當地醫療保健直接送到最需要它的患者手中。手機在發展中國家也很常見,可用於幫助對慢性疾病(如心肺疾病)進行基本篩查和監測。

在她的工作中,凱瑟琳設計並評估了一個手機相容的、支援藍牙的心電圖原型,該原型能夠傳輸心電圖影像以進行遠端檢查。她的裝置使用支援藍牙的無線發射器,該發射器配備了微處理器,該微處理器被程式設計為讀取心電圖輸出以在手機上顯示,以及用於放大心臟電活動的儀器放大電路。

凱瑟琳說,工程學是應用的夢想。她喜歡修修補補,並擁有遠端醫療設計的臨時專利。

帕尼淨化

薩貝拉·圖盧克德,15歲,美國

薩貝拉試圖創造一種廉價且便攜的水淨化系統,為第三世界國家淨化水。她將其命名為帕尼,因為在孟加拉語中,帕尼的意思是水,那是她父親的家人居住的地方。她的三級系統從粗麻布袋和銅或黃銅網過濾器開始。第二步是使用太陽能紫外線 (UV) 燈殺死細菌。最後是一個裝有活性炭的桶,用於過濾掉死亡細菌的膜和細胞器。

薩貝拉說,她有很多愛好,包括運動(尤其是游泳)、戲劇、社團、網路教學、學校和社群。她最喜歡的課程是 AP 物理,她週末在美國癌症協會發現商店做志願者。

調查天然芽後除草劑

格蕾絲·布羅索夫斯基,16歲,比福德,美國

雜草扼殺了作物的產量,造成數十億美元的糧食和成本損失,但我們如何安全地擺脫這些植物害蟲呢?格蕾絲測試了 14 種天然除草劑溶液,包括丁香油、醋、d-檸檬烯(從柑橘類水果中提取)、檸檬汁和絲蘭提取物/大蒜提取物溶液等化合物。她專注於已生長植物的芽後有效除草控制。

格蕾絲對化學特別感興趣,因為它構成了其他科學的基礎,她喜歡彈鋼琴、閱讀、游泳、做志願者、剪貼簿和與家人共度時光。

用廢舊 PET 容器收集雨水

裡卡多·恩裡克·阿爾巴·託雷斯,17歲,波哥大,哥倫比亞

傑西卡·比比安娜·阿爾巴·託雷斯,15歲,波哥大,哥倫比亞

即使是乾旱地區也可以從收集雨水用於飲用水和其他用途中獲益。裡卡多和傑西卡這對兄妹團隊開發了一種帶有 PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)塑膠容器的罐壁,用於雨水收集。他們說,重複使用瓶子可以節省當前收集系統 40% 的成本。

裡卡多喜歡打網球和足球,傑西卡喜歡聽音樂和唱歌、跳舞、做運動以及閱讀有關技術、文化和科學進步的新聞或文章。

太陽能驅動的水淨化系統

凱瑟琳·齊默曼,16歲,佈雷登頓,美國

水覆蓋了我們星球約 70% 的面積,但其中大部分是不能飲用的。凱瑟琳建造了一個太陽能驅動的水淨化系統,其中包括一個帶有蒸發器和冷凝器的主動式太陽能蒸餾器,與使用被動式太陽能蒸餾器相比,提高了水的生產率。她使用感測器和她自己的軟體收集了有關效能的資訊。她在與家人一起夏季旅行期間看到人們難以獲得足夠的水後,受到啟發建造了這個系統。

除了學校和科學展覽會,凱瑟琳還跳芭蕾舞、彈鋼琴和小提琴,並且會說俄語、法語和西班牙語。

Mariette DiChristina, Steering Group chair, is dean and professor of the practice in journalism at the Boston University College of Communication. She was formerly editor in chief of 大眾科學 and executive vice president, Magazines, for Springer Nature.

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