16岁少年造出仿生海龟机器人，AI识别微塑料准确率达94%，拿下5万美元奖学金

2024年夏天，在加拿大祖父母家的泳池边，16岁的埃文·巴兹正对着一个棘手的问题发愁：如何让他自己设计的自主“海龟机器人”真正游起来。

“我还记得最初几次测试。”巴兹在接受《Business Insider》采访时回忆道，“我把机器人放进水里，它直接沉到了池底，根本不会游泳，也无法控制自己的深度，就像一块砖头一样。”

对于大多数青少年来说，这显然不是他们会遇到的问题。但对巴兹而言，这却成了他最投入的研究课题。这项研究的灵感，来自2024年早些时候一次与家人前往加拿大安大略省荒野露营的经历。在那次旅程中，他对水生动物产生了浓厚兴趣。他说：“当时我看到一只鳄龟在水中游动，它的动作流畅自然，非常优雅。我受到很大启发，希望设计出一台能够模仿它运动方式的机器人。”

此后，经过后院泳池里的反复测试，以及数月不断调试、改进和升级，这项研究终于在今年5月迎来了成果。巴兹凭借一套水下三维全息成像相机以及自己训练的AI模型——能够识别水体中的微小塑料颗粒，并将这些设备安装到自主海龟机器人上——在2026年Regeneron国际科学与工程大奖赛上获得了5万美元奖学金。他说，仅制造机器人和全息相机，两项工作各自就投入了约2000个小时。

巴兹选择环保作为研究方向，几乎是顺理成章的事。“我一直热爱户外。”他说，“从六岁开始，我就跟着父母到偏远地区露营。我们会划着独木舟前往那些美丽而壮观的湖泊。”后来，在观看一部关于海洋和海洋生态系统的纪录片后，他了解到水体中已经充满了微塑料污染。根据海洋保护协会的统计，每年约有1100万吨塑料垃圾流入海洋，影响超过1300种海洋生物。

2024年，巴兹花费约5个月时间打造了这只海龟机器人。在他看来，海龟是执行这类任务最理想的仿生对象。“海龟的游泳效率非常高，这对于设计仿生机器人来说至关重要。我希望机器人能够长距离执行任务，而无需频繁充电或担心电池耗尽。”他说，“此外，海龟广泛生活于各种水域生态系统，因此当地其他生物对它们并不会感到陌生，更不容易引起干扰。”另一方面，海龟体型较大，也方便安装各种科研设备，例如传感器和全息成像系统。

为了让机器人的游泳姿态更加自然，巴兹还向当地水族馆的专家寻求了帮助。他说：“随后，我开发了一系列算法，让机器人能够按照预设搜索路径自主游动，同时自动调节自身深度。它基本上可以按照用户设定的目标自主前进，完全不需要人工导航或人为控制。”

2025年夏天，巴兹开始研发三维全息成像系统，并训练AI模型。他说，这一过程经历了大量反复试验，尤其是在让AI准确区分微塑料和水中其他微小生物方面，需要不断调整和优化。“其中包括不断优化硬件，提高成像分辨率，以识别尺寸只有约10微米的微小颗粒和微塑料。”整个检测流程首先需要利用全息成像系统采集三维全息图像，然后再交由AI模型识别其中是否存在微塑料。

不过，真正用于测试的时间却非常有限。巴兹表示，加拿大北部冬季寒冷，因此必须赶在湖面结冰之前完成所有外场测试。“我生活在加拿大北部，这里的冬天非常冷，所以必须在天气变冷之前，到当地几座湖泊完成最终版仿生机器人的测试。”

到Regeneron国际科学与工程大奖赛举办时，这套系统已经能够以94%的准确率区分微塑料和其他微小颗粒。巴兹认为，他的研究目标是让微塑料检测变得更快、更普及。他指出，目前主流检测方式主要依赖实验室分析，整个流程十分复杂。“由于必须送到实验室检测，即便只是少量样品，也可能需要几天时间才能完成分析，而且成本很高。”他说，“对于偏远地区来说，这种方法几乎不现实，因为那里既没有实验室，也缺乏专业技术人员。”相比之下，他研发的系统能够直接在水中完成微塑料检测，无需将样本送回实验室。正是这一创新思路，让巴兹获得了本届大赛最高荣誉之一——戈登·E·摩尔未来世代积极成果奖。

由再生元制药公司和科学学会共同举办的Regeneron国际科学与工程大奖赛，今年共向获奖学生发放了超过700万美元奖金。这项赛事面向全球高中生开放，今年共有超过1700名学生参赛。

谈到获奖经历，巴兹说：“当时真的感觉像做梦一样。我站在领奖台上，听到主持人念出戈登·E·摩尔奖获奖者的名字时，我心里一直在想：‘天哪，那真的是我吗？我真的获奖了吗？’当时脑子里一下子闪过很多念头，甚至有些不敢相信。但总体来说，那是一段非常难忘的经历。”

目前，巴兹仍将重心放在高中学业上。他计划利用这笔5万美元奖学金进入大学攻读科学或工程专业，并希望将自己的研究成果分享给更多科研人员，推动相关领域进一步发展。