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自制空气炮!最令人震惊的青少年科技研究竞赛

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阿克什·阿加瓦尔在研制药品治疗风湿性关节炎,不过她并不是医生或者重点大学的研究人员,她还在上中学。现年14岁的阿加瓦尔的项目是博通MASTERS国际科技竞赛30个决赛项目之一。

这些科学竞赛项目是从全美成千上万个入围项目中挑选出来的,都是出自六至八年级的学生之手。这些孩子上个月末前往华盛顿DC展示了他们的作品。最终的得胜者是研究珍稀的辐射陆龟“祈雨舞”行为的里弗·格雷斯。

1. 打造“舌头解捻机”治疗言语障碍

14岁的艾蒂安·阿克斯(Etian Acks)设计了一款设备来强化发音肌肉,治疗他弟弟的言语障碍。阿克斯的设备类似于一个改良版压舌器,不过它连接了一个摇杆,可以收集有关患者进展的数字数据。

目前大多数的言语功能改进方法都不能够监测患者的进展,而阿克斯的设备可谓是一大跃进。他让咬字不清的弟弟测试了一下该款设备,使用3天后后者便显示稳定的进展。

阿克斯未来的职业兴趣是:纳米技术。

2. 设计或可治疗风湿性关节炎的药物

14岁的阿克什·阿加瓦尔(Aakshi Agarwal)曾在养老院做过志愿者,期间她接触到了不少遭受风湿性关节炎困扰的老人。该经历促使她投身到TNF-alpha(促成疾病痛苦炎症的分子)的研究。

阿加瓦尔利用计算机程序设计了200种有望通过抑制产生TNF-alpha的肿瘤坏死因子转化酶(TACE)治疗那种炎症的药物。她希望到长大一点时能够真正制造出她的新药物,并进行测试。

阿加瓦尔未来的职业兴趣是:神经解剖学。

3. 测试隔音材料有效性

13岁的斯德希卡·巴拉钱达尔(Sidhika Balachandar)设计了一组实验来确定为其母亲的家庭办公室隔音的最佳材料。她将一个扬声器放进纸板盒里,然后用各种材料进行包装,再利用测声计测量盒子之外的音量。

她想要借此看看哪种装饰性材料还能够充当专业级别的隔音材料,让母亲的办公室在隔音的同时,也无损漂亮的外观。巴拉钱达尔发现屋瓦材料最能隔音,壁毯紧随其后。

巴拉钱达尔未来的职业兴趣是:工程学。

4. 标记和追踪有害的压裂流体

13岁的德鲁·贝克(Drew Becker)创造了一种有望监测水力压裂引发的有害天然气泄漏情况的方法。那些泄露会污染水力压裂地点附近的地下水。贝克在怀俄明州Popo Agie河的下游小量放入了两种着色细菌。

他测试的那段河流流经水库下面,贝克在河流下游的水塘发现了他标记的细菌——这说明它们成功漂到下游,甚至是地下。

贝克未来的职业兴趣是:商业潜水。

5. 调查寒冷天气对乐器音高的影响

14岁的迈克尔·贝克(Michael Becker)注意到其学校乐队寒冷天气下在橄榄球场上演奏时听起来不大对劲。于是他决定测试铜管乐器、木管乐器、弦乐器、电子乐器,测量气温变化对它们的音高的影响。

在每一项测试中,他都会让调试好的乐器放在户外,以让它自己适应温度,之后再测量它的音高。贝克发现铜管乐器在寒冷天气下听起来音调偏低,而弦乐器听起来则音调偏高。

贝克未来的职业兴趣是:会计。

6. 测试焦黑土地的处理方法

14岁的丽贝卡·布罗姆菲尔德(Rebecca Bloomfield)发现了防止焦黑的土地流失的最佳覆盖材料。去年和家人科罗拉多州沃尔多峡谷大火发生后撤离时,她发现人们是用稻草覆盖焦黑的土地防止流失的。

但那样做的问题在于,焦黑的土地并不吸水,稻草会被吹走,因此布罗姆菲尔德想要找到一种不同的材料。她在0%至70%的土地坡度下先后测试了稻草、护盖物、花园垫、原木和橙皮。最终发现哪种材料更为有效是取决于坡度。

布罗姆菲尔德未来的职业兴趣是:生物物理学。

7. 研究长石为何会发出不同颜色的光

12岁的艾玛·伯内特(Emma Burnett)想知道长石在紫外线下为何会发出不同颜色的光。她在北卡罗来纳州研究过的所有长石都是发出粉色的光,不过有一个地区的长石却发出蓝光。伯内特利用分光镜发现,掺杂在矿产资源的杂质或者少数其它元素会引发同样的矿物发出不同颜色的光。

伯内特未来的职业兴趣是:等离子物理。

8. 发现纳米粒越小,对疾病治疗越有效

在阅读过有关纳米技术的医疗效用的资料之后,14岁的伊丽莎白·科恩(Elizabeth Corn)想要测试较小的纳米粒子是否比较大的更有效。她采用了10亿分之十八至10亿分之二百米宽的氧化锌粒,对它们扼杀埃布氏菌的能力进行了测试。

最终她发现较小的纳米粒子相比较大的纳米粒子更能杀死埃布氏菌。

科恩未来的职业兴趣是:神经系统科学。

9. 设计质粒改变微生物的基因

14岁的凯欧尼·甘达尔(Keoni Gandall)在七年级那年学习到DNA之后便开始进行基因工程方面的实验。他先是试验嗜盐细菌——呈粉色或红色的海水微生物。甘达尔想要使得它呈绿色。

为此,他必须自制质粒——一个含有绿光蛋白质编码的DNA粒子。可惜的是,甘达尔并没有资源将该质粒嵌入细菌来验证后者是否会变绿。

甘达尔未来的职业兴趣是:医学。

10. 数字化气味体验

14岁的米希尔·加里梅拉(Mihir Garimella)常常回印度探望家人,他非常怀念回到家时所闻到的各种独特的气味。他注意到计算机能够调动起我们的视觉、听觉和触觉,唯独没有嗅觉。加里梅拉发明了一种方法让计算机在短片播放到特定时刻时会放出不同的气味。

通过将含有微芯片的空气清新器连接至微处理器,他能够创建一个在电影播放到特定时刻放出气味的数字库。例如,肉桂树出现在屏幕上时,就会产生肉桂的味道。

加里梅拉未来的职业兴趣是:机器人工程。

11. 研究墨西哥豆瓢虫产卵习惯

13岁的卡雷布·高赛尔(Caleb Gonser)喜欢研究墨西哥豆瓢虫。他想要了解雌性豆瓢虫是否更喜欢在没有其它豆瓢虫产的卵的豆上产卵。

他最终发现,雌性豆瓢虫是倾向于在卵较少的豆上产卵。他还发现,它们在本来没有卵的豆上产的卵更多。避免与其它雌性的卵竞争似乎是其中的重要影响因素。

高赛尔未来的职业兴趣是:物理治疗法。

12. 研究濒临灭绝的辐射陆龟的“祈雨舞”行为

14岁的里弗·格雷斯(River Grace)研究马达加斯加岛濒临灭绝的辐射陆龟时发现,它们在下雨时会有节奏地爬行,像是“跳祈雨舞”。他想要测试这种行为是否可以帮助它们避免在洪灾中淹死。

通过喷水进行一系列的实验后,格雷斯发现喷水量最少时它们跳祈雨舞的时间是最长的,那种行为与洪灾状况不存在关联。

格雷斯未来的职业兴趣是:生理学。

13. 制造高斯步枪并测试其效能

13岁的谢默斯·胡拉汉(Seamus Hoolahan)在跟伙伴合作打造一支高斯步枪,利用磁链反应来射出小钢珠。他们相信,他们能够给该步枪创造更加高效的设计,并最终开发出不致命的磁力枪。

高斯步枪依靠一系列的磁来启动射弹。胡拉汉和其伙伴认为,磁串越少,钢珠就会射得越远,但事实却恰恰相反。磁串越多,动能越大,钢珠就会射得越远。

胡拉汉未来的职业兴趣是:化学工程。

14. 追踪入侵物种在圣地亚哥的扩散

在了解到栎窄吉丁虫摧毁成千上万棵树之后,11岁的克里斯托·霍尔顿(Krystal Horton)想要找到一个解决那种入侵害虫的方法。在进行识别受感染树木方面的学习之后,她走访了2008年被调查的区域,以判断问题是否出现了恶化。

进行数个月的调查后,霍尔顿发现,每英亩受感染树木的数量在各个区域都出现了大幅增长。

霍尔顿未来的职业兴趣是:计算机安全专家。

15. 模拟研究剪刀石头布

15岁的德鲁夫·艾耶尔自己设计的计算机模拟程序可在短短几秒内运算100万次剪刀石头布。他想要借此测试给人施加限制会如何影响游戏的结果,以及其他人对那些限制可以利用到什么程度。

艾耶尔认为要求一人按特定比例使出剪刀石头布会的限制性是最大的。不过这并不是他的研究成果。他发现,该游戏最好的策略就是没有策略。艾耶尔在该试验的最大收获是,了解到利用计算机模拟计算,人类的谈判是可以进行模式化和预测的。

艾耶尔未来的职业兴趣是:软件工程。

16. 利用气球和咖啡渣制造抓取物品的工具

机器手要抓紧物品并不容易,这需要复杂的软件和精准的定位。12岁的卡梅隆·琼斯(Cameron Jones)了解到的“通用抓爪”是解决这一问题的一个简单方案。向装满粒状材料的塑料袋施压,可使得该袋子包住物体,对它进行真空处理则会使得粒状材料紧紧包住物体,从而能够抓起它。

琼斯想要通过自制计算机操作的版本来改善该抓爪。他的设备采用充满咖啡渣的乳胶气球,能够成功捡起乒乓球、黄铜棒和各种重量的木块。

琼斯未来的职业兴趣是:计算机科学。

17. 发现利用扰流器减少火箭空气阻力的最佳时机

13岁的约翰·凯利-斯坦纳(Johann Kailey-Steiner)想要发现扩展扰流器最大限度降低火箭飞行阻力的最佳时机。他利用风洞记录了火箭分别在有扰流器和没有扰流器情况下以不同速度飞行时的阻力情况。

最初,他发现扰流器在各个速度下都会增加阻力。后来他开发了另外一架火箭,发现如果火箭偏向逆风飞行,扰流器就会减少阻力。这发生于火箭引擎关闭的时候,因此斯坦纳设计设备在那个时候扩展扰流器。

斯坦纳未来的职业兴趣是:物理学。

18. 发现花椰菜粒子可加速肺部发育

14岁的瑞亚·卡马特(Rhea Kamat)了解到科学家在研究花椰菜中的萝卜硫素是否可用于治疗肺病。她想测试一下萝卜硫素可否加速肺部的发育,希望它能够用于治疗肺部未充分发育的早产婴儿。

卡马特拿蝌蚪作为研究标本。她无法直接研究它们的肺部发育,因而她转而观察发育同步的后肢的发育情况。在实验的第三周结束时她发现,22%至56%摄入萝卜硫素的蝌蚪四肢开始发育,而并没有摄入萝卜硫素的蝌蚪则未呈现四肢发育的迹象。

卡马特未来的职业兴趣是:免疫学。

19. 发明早期疾病的廉价检测方法

13岁的奥斯汀·麦考伊(Austin McCoy)发明了一种廉价且简单地检测登革病毒早期感染的方法。诊断登革热通常需要经过一个名为聚合酶链反应(PCR)的流程。

实验室利用价格高昂的机器来完成这一流程,而麦考伊则发明了一种廉价的方法来手动进行PCR。

麦考伊未来的职业兴趣是:生物信息学。

20. 发明无创伤治疗椎基底动脉供血不足的方法

13岁的斯米塔·莫辛德拉(Smita Mohindra)专注于治疗椎基底动脉供血不足——大脑后部供血不足。该医疗状况是颈部过度扭转或者过度伸长所致。莫辛德拉了解到,这种状况大多数的治疗方法都涉及手术或者药物,但她相信还有更加简单的解决方案。

她设计了一个配备触摸传感器的软颈托,该产品在穿戴者过度扭转或者伸长颈部会向他们发出提醒,从而帮助避免病情恶化。她希望在高风险病患身上测试该项设备。

莫辛德拉未来的职业兴趣是:生物医学工程。

21. 帮助促进蜜蜂的繁殖

13岁的卡洛琳·诺兰(Caroline Nolan)担忧蜜蜂数量不断下滑,想要使得它们的蜂巢变得更有利于繁殖。于是她上了一个养蜂课程,自建了六个蜂巢进行实验。

蜜蜂平常是通过拍打翅膀来让蜂巢保持凉快。而诺兰希望通过外部手段使得蜂巢保持凉快,为蜂蜜解除那项负担,使得它们变得更加健康。她发现,相比要自己用翅膀给蜂巢吹风的蜜蜂,有空调和太阳能通风机吹风的蜂巢蜜蜂收集到的花粉更多,蜂巢也做得做大。

诺兰未来的职业兴趣是:领航。

22. 测量超导体创造的磁场能够承受多大重量

14岁的朱利安·萨奥尔(Julienne Sauer)对超导体(在冷却至超低温时可形成磁场使得物体悬浮的金属)很有兴趣。超导体目前被用于零阻力运动,如悬浮列车。

不过列车非常重,使用超导体时其重量往往是个难题。因此,萨奥尔测试了两种不同的超导体技术,看看哪一种更能承重。她发现,名为量子锁定的技术效果最佳。

萨奥尔未来的职业兴趣是:法医人类学。

23. 研究萝卜糕中的部分胡萝卜为何变绿

14岁的纳撒尼尔·斯佩里(Nathaniel Sperry)发现,有时切开萝卜糕后,部分胡萝卜会从橘色变成绿色。他了解到,有美食博主认定苏打粉正是引起那种颜色变化的原料。

斯佩里也发现,不加苏打粉的萝卜糕不会出现绿色的胡萝卜,加了特定量的苏打粉的则会出现一些绿色萝卜,而令人惊讶的是,加了两倍量苏打粉的萝卜糕也是没有绿色的胡萝卜。

他发现,是名为花青素的色素对苏打粉的基本酸碱度起了反应,从而引起颜色变化。

斯佩里未来的职业兴趣是:计算机编程。

24. 自制磁强计测量太阳耀斑

13岁的汉娜·斯蒂尔(Hannah Steele)利用两个磁铁、激光和镜子自制了一个磁强计。

将自家设备测量的数据与政府仪器收集到的数据相比较后,她发现她的设备能够准确测量太阳耀斑。

斯蒂尔未来的职业兴趣是:化学。

25. 发现自发性气胸相关的新基因突变

14岁的梅根·斯文托斯基(Megan Swintowsky)有多位家属患上自发性气胸。她认为,造成这么多家庭成员患上那种罕见疾病的原因可能是一个共同的基因突变。

她收集了其三代家属的DNA样本,并检查了原有研究发现与自发性气胸有关的雌酮基因。她对其家庭成员的雌酮基因的DNA进行了测序,并将它与来自此前被检测出因基因突变患上相同疾病的患者的DNA样本进行了对比。

她发现,在19名家庭成员当中,有17名的基因含有一种在DNA样本中未体现出来的新突变。正是那种全新的突变引发了自发性气胸。

斯文托斯基未来的职业兴趣是:化学。

26. 追踪日本失事核电站的放射性废物是否对太平洋鲑鱼造成污染

13岁的布雷纳·沃尔林(Brenna Wallin)先是研究福岛失事核电站的放射物流经鲑鱼洄游路线的地方。之后她利用离子检测器、咖啡罐等物品来检测太平洋红鲑鱼的离子辐射是否高于正常水平。

她拿来自阿拉斯加的太平洋鲑鱼与来自智利、佛罗里达州、苏格兰的大西洋鲑鱼进行了比较。沃尔林发现,前者的离子辐射确实要高于后者。

沃尔林未来的职业兴趣是:神经学。

27. 探索贝壳类动物如何适应恶劣环境

13岁的西恩·韦伯(Sean Weber)想知道依附在岩石上的贝壳类动物在适应恶劣环境上是否与依附在掩蔽区的贝壳类动物不同。贝壳类动物依靠名为丝足线的弹性材料来依附在岩石表面上。韦伯决定去测量蓝色贻贝的丝足线的韧度和数量。

他将长年面临大浪的贻贝丝足线的数量和韧度与依附在遮蔽区的贻贝相比较。他发现,要移动前者需要多耗费53%的力量,它拥有的丝足线数量也较后者多出50%。

韦伯未来的职业兴趣是:神经学。

28. 自制空气炮,测试不同变量对抛射物射速的影响

14岁的约书亚·温策尔(Joshua Wentzel)制造了一个空气炮来研究使用不同的气量和气压对抛射物(高尔夫球)的射速的影响。他还测量炮口长度对射速的影响。

温策尔利用单车的打气泵给空气炮加压,通过记时器来测量每一次的发射。他发现,在储气器和泵桶容积相同的情况下,气压越大,高尔夫球就会射得越快。

温策尔未来的职业兴趣是:机械工程。

29. 以数种动物的空气动力学外形为模型打造高效的风力涡轮机

14岁的格兰特·旺布尔(Grant Womble)认为,模拟信天翁、海鸥、座头鲸和飞鱼外形设计的风力涡轮机叶片可能会比其它的叶片更加高效,因为这些动物是利用翅膀或者鳍片快速飞行或者游动。

旺布尔制造了一个电路来测量每一个涡轮叶片产生的力量。他发现,基于座头鲸鳍片设计的叶片是最高效的。

旺布尔未来的职业兴趣是:小儿神经科。

30. 研究学校卖零食甜食与学生肥胖率之间的关系

13岁的凯瑟琳·吴(Katherine Wu)研究了学校卖零食甜食与其学生肥胖率之间的关系。她使用了来自联邦调查的1万名八年级学生的年龄、高度、重量和吃零食习惯方面的数据。之后,她联系所涉学校调查它们是否有卖零售与甜食。

凯瑟琳·吴发现学校是否卖零食与学生的肥胖率并不存在联系。禁售无营养食品对肥胖率并没产生影响。她还发现大多数肥胖学生并不购买零食。(皓慧)

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