2011 年高中发明家

在鼓舞人心的集会和历史考试之间，这 10 名聪明的学生正在改进癌症治疗方法、清理汽车排气系统并改善人类与机器人之间的交流。

艾莉森·达娜·比克

高中：新泽西州米尔本米尔本高中
发明：智能手机水质检测仪

艾莉森·达娜·比克 (Alison Dana Bick) 上中学时，一场倾盆大雨淹没了她家乡的街道，并淹没了水井。政府官员警告说，洪水可能将污水带入供水系统。“我的朋友打电话询问是否有办法检查自来水的安全性，”比克说。当谷歌搜索显示没有任何快速简便的家用测试时，她决定创建一个。四年后，她完成了一款手机应用程序的工作，该应用程序可以确定拍摄的水样中的细菌浓度。与目前的水质检测试剂盒需要 18 小时才能评估样品的全部化学和细菌含量不同，比克的手机测试可以立即提供一个简单的答案——被污染还是可以安全饮用。比克知道，最常见的水质检测剂之一 Colilert-18 在与被细菌污染的水混合时会变黄；细菌越多，色调越深。因此，她开发了一种算法来读取和分析化学水样低分辨率照片中的黄色像素强度。她目前正在与美国红十字会米尔本肖特山分会合作对该系统进行现场测试。

大学：比克今年秋天将在普林斯顿大学开始大一学习。她计划学习化学工程。

瑞安·埃里克森

高中：洛斯阿拉莫斯高中，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯
发明：便携式太阳能海水淡化装置

瑞安·埃里克森虽然生活在沙漠高地，但他对海洋却有着宏伟的计划。去年，他开始对大型海水淡化项目产生兴趣，该项目在阿拉伯联合酋长国和澳大利亚等国家开展，即从海水中去除盐和其他矿物质，使其可以饮用。但他很快发现，没有人建造过便携式、自动化、价格合理的海水淡化系统，该系统还能去除海水中的有害细菌，尽管数百万人（包括沿海国家的居民）缺乏安全的饮用水。他的太阳能设备是一个三英尺立方体，两个人可以轻松携带，它依靠的是现成的材料：沙子、木炭和塑料瓶。盐水在进入沸腾室之前要经过沙子和木炭层过滤。蒸汽在冷凝器盘管上冷却和收集，然后暴露在 SteriPEN 中，SteriPEN 会用紫外线杀死有害细菌。其他便携式海水淡化系统不太复杂，只能去除水中的盐，而不能去除其他有害污染物。埃里克森的下一步是重新设计该系统，使其更加紧凑。

大学：今年秋天，埃里克森将进入加州大学圣地亚哥分校学习电气工程。

帕拉姆·贾吉

高中：德克萨斯州普莱诺市普莱诺东区高中
发明： CO

爱德华多·费尔南德斯

高中：亚利桑那州菲尼克斯市卡尔海登社区高中。
发明： 3D辅助机械臂

五岁时，埃迪·费尔南德斯 (Eddie Fernandez) 就搞清楚了如何拆开遥控汽车，从此以后，任何小玩意儿都不再安全。“玩具、电池、发动机、电路：我想知道它们是如何工作的，”他说道。七年级时，他加入了一个为全国 FIRST 竞赛建造机器人的团队。一个参赛作品将 80 英寸的球体抛到 8 英尺高的空中。另一个参赛作品踢足球。他还帮助设计和建造了一个水下自主机器人。但他说，他迄今为止最好的作品是领导建造 EVROV 机器人手臂时的作品，该手臂旨在举起和移动仪器，以协助宇航员进行太空行走。他还创建了一个互补的 3-D 视频系统，帮助人类操作员在飞船内部远程操作手臂时测量深度。他在去年的康拉德基金会创新精神奖上展示了这个机器人（以及它近 11,000 美元的价格标签）。费尔南德斯的部分动机是不确定性——他的父亲最近被驱逐回墨西哥。“当这件事发生时，我才真正意识到事情可以在一夜之间发生变化，”他说。 “我需要更加努力地工作并更好地利用我的时间。”

大学：费尔南德斯将于秋季前往亚利桑那州立大学学习机械工程。

亚历山大·吉尔伯特

高中：华盛顿特区圣奥尔本斯学校
发明：改进 MRI 对比度，实现更准确的诊断

亚历克斯·吉尔伯特 (Alex Gilbert) 大约六岁时，他的一位近亲被诊断出患有多发性硬化症。一年后，她发现医生误读了她的 MRI 结果。“我当时太年轻了，我想我还没有完全意识到 [错误诊断] 有多么令人震惊，”吉尔伯特说。15 岁时，他开始研究磁成像技术，高中二年级后，他在美国国立卫生研究院实习。在那里，他开发了一种提高 MRI 图像对比度的技术，以便医生能够更准确地发现神经系统疾病的迹象。磁共振成像系统激发质子并记录其旋转减慢的模式——这就是产生图像的原因。但身体每个部位的细胞密度都会改变信号强度：空气和骨骼产生弱信号和暗图像。脂肪和骨髓产生明亮的图像。吉尔伯特编写了一种算法来解释这些差异并提高图像对比度，这有助于揭示难以发现的组织损伤。第二年夏天，在波士顿的麻省总医院，吉尔伯特开发了另一种提高 MRI 图像对比度的技术。他发现，通过注射一种与核酸结合的染色剂，灰质中的结构细节会更清晰。

大学：吉尔伯特即将在麻省理工学院开始大一学习。他计划主修物理学或生物物理学。

马修·费德森和布莱克·马格拉夫

高中：加利福尼亚州拉斐特阿卡拉尼斯高中
发明：锡基癌症治疗

Matt Feddersen 和 Blake Marggraff 从五年级起就一起在自家后院炸东西。“我们父母都很有耐心，”Marggraff 说。在他们读高中三年级的时候，他们进入了正式的实验世界。一位老师提到，核电站的锡基屏蔽层存在缺陷，会以某种方式放大辐射。Feddersen 和 Marggraff 的家人都曾患过癌症，他们想知道锡是否可以用来制造第二剂量的 X 射线，以增加初始剂量，使放射治疗更有效。在他们高中的生物实验室里，学生们将锡的微小颗粒注射到用酵母制成的模拟肿瘤中。当 X 射线击中金属时，它会产生第二波辐射，就像在有缺陷的核屏蔽层中一样，但这次会炸毁更多的细胞。与传统的放射治疗相比，这种治疗杀死的细胞多 20% 以上，而每位患者的费用仅为 60 美分。Feddersen 和 Marggraff 计划在上大学时在人体细胞上测试这种治疗方法。

大学： Feddersen 正在伊利诺伊大学就读一年，计划转学到麻省理工学院。Marggraff 即将进入圣路易斯华盛顿大学就读。

李昭科

高中：纽约州纽约市史岱文森高中
发明：人机语音交互的主动降噪技术

自从 2006 年第一次看了有关 DARPA 无人驾驶汽车大赛的电视节目后，Jao-ke Chin-Lee 就对人工智能产生了浓厚的兴趣。高中时，她申请了麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的暑期研究项目，最终参与了名为 Pokey 的自动叉车的研发，这是该实验室当年的主要项目之一。机器人很难处理人类语言的细微变化，尤其是在背景噪音很大的情况下。Pokey 是专为建筑工地设计的，无法区分语音命令和与人类语音具有相同频率的环境噪音。在自学了如何将必要的数学和计算机科学应用于语音处理后，Chin-Lee 开发了一种过滤背景噪音的算法。该程序的潜在应用范围不仅限于 Pokey；例如，她希望有朝一日能将其应用于语音控制的轮椅。

大学：今年秋天，16 岁的 Chin-Lee（跳过了一年级）将进入哈佛大学开始她的大一生活，她计划学习计算机科学和机器学习。

哈维尔·费尔南德斯·汉

高中：家庭学校，德克萨斯州康罗
发明：一体化废物、食物和能源系统

2005 年，在参观日本世界博览会时，哈维尔·费尔南德斯-汉和他的家人偶然发现了无国界医生组织搭建的模拟难民营。“我不知道人们生活在那样的环境中，没有饮用水、食物和住所，”他说。“我意识到我想专注于可持续生活系统。”2009 年，15 岁的哈维尔开始将现有和改进的设备（如水泵和抽水马桶）整合成一个一体化系统，供发展中国家的难民营和小村庄使用。除了其他功能外，他的发明还可以处理污水，将甲烷等有害气体转化为藻类燃料，并产生可用于喂养牲畜的氧气和藻类生物质。同年晚些时候，他凭借该设备获得了阿育王·莱默尔森卓越奖。很快，他开始思考：如果他自己发明了这个系统，那么整个发明团队可以做什么？他创立了两个组织“无国界发明家”和“创新铸造厂”，让青少年们合作解决饥饿、缺乏教育机会和空气质量差等问题。

大学：费尔南德斯-汉希望在斯坦福大学学习工业设计。

加布里埃尔·西

高中：文艺复兴艺术与推理学校，华盛顿州萨马米什
发明：用于自动组装 DNA 的乐高机器人

加布里埃尔·西在九岁时加入了高中的机器人团队。到 11 岁时，他已经掌握了所在学区所有高中科学和数学课程，并选修了华盛顿大学的本科和研究生课程。西曾使用过几种商用液体处理系统（使用机械臂和电动移液器精确测量、转移和控制液体的设备），但他知道这些设备 10,000 至 50,000 美元的价格标签使它们除了资金最充足的实验室外，其他实验室都买不起。因此，在大学的病理学实验室，他发明了一种使用 Lego Mindstorm 可编程建筑玩具的简单系统。在一年内，他使用卡内基梅隆机器人实验室的固件和他自己编写的软件完成了该系统。它可以转移少至 5 微升（略大于圆珠笔尖）的液体，这是 DNA 组装等项目所需的量。该系统仅需 750 美元，小型大学和初创公司都可以负担得起。该设备在麻省理工学院 2009 年 iGEM 竞赛中获得银牌。

大学： See 仍然需要学习开车和参加舞会，但他已经希望在麻省理工学院学习计算生物学。

莎拉·沃尔茨

高中：夏延山高中，科罗拉多州科罗拉多斯普林斯
发明：提高藻类生物燃料的效率

萨拉·沃尔兹坚称自己不是科罗拉多的“傻小子”。她和家人一起徒步旅行、滑雪和露营，但她更愿意花时间做实验。沃尔兹很小的时候就决定要帮助消除化石燃料的消耗，并在七年级开始研究替代燃料。作为一名高中一年级学生，她开始测试大麻油作为一种潜在的生物燃料来源，然后阅读了几篇关于藻类燃料的期刊文章。在与当地替代燃料能源公司和实验室沟通，让他们熟悉这一领域和设备后，她建立了一个光生物反应器和一种新型培养基，用于在家中种植藻类。她操纵生长条件来限制藻类的氮供应，并怀疑这种操纵会增加一种酶的转录，使藻类能够积累更多的油。“整个想法太吸引人了，”她说，“用池塘浮渣制造石油。”接下来她将测试这种酶基因的额外副本是否会导致藻类产生更多的油，这意味着每英亩的石油产量更高。

大学：沃尔兹希望就读常春藤盟校或小型文理学院，重点研究方向为研究型。她计划学习生物化学或分子生物学。