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          自制空氣炮!最令人震驚的青少年科技研究競賽

          阿克什·阿加瓦爾在研制藥品治療風濕性關節炎,不過她并不是醫生或者重點大學的研究人員,她還在上中學。現年14歲的阿加瓦爾的項目是博通MASTERS國際科技競賽30個決賽項目之一。這些科學競賽項目是從全美成千上萬個入圍項目中挑選出來的,都是出自六至八年級的學生之手。

          這些孩子上個月末前往華盛頓DC展示了他們的作品。最終的得勝者是研究珍稀的輻射陸龜“祈雨舞”行為的里弗·格雷斯。

          自制空氣炮!最令人震驚的青少年科技研究競賽

          1. 打造“舌頭解捻機”治療言語障礙

          14歲的艾蒂安·阿克斯(Etian Acks)設計了一款設備來強化發音肌肉,治療他弟弟的言語障礙。阿克斯的設備類似于一個改良版壓舌器,不過它連接了一個搖桿,可以收集有關患者進展的數字數據。

          目前大多數的言語功能改進方法都不能夠監測患者的進展,而阿克斯的設備可謂是一大躍進。他讓咬字不清的弟弟測試了一下該款設備,使用3天后后者便顯示穩定的進展。

          阿克斯未來的職業興趣是:納米技術。

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          2. 設計或可治療風濕性關節炎的藥物

          14歲的阿克什·阿加瓦爾(Aakshi Agarwal)曾在養老院做過志愿者,期間她接觸到了不少遭受風濕性關節炎困擾的老人。該經歷促使她投身到TNF-alpha(促成疾病痛苦炎癥的分子)的研究。

          阿加瓦爾利用計算機程序設計了200種有望通過抑制產生TNF-alpha的腫瘤壞死因子轉化酶(TACE)治療那種炎癥的藥物。她希望到長大一點時能夠真正制造出她的新藥物,并進行測試。

          阿加瓦爾未來的職業興趣是:神經解剖學。

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          3. 測試隔音材料有效性

          13歲的斯德希卡·巴拉錢達爾(Sidhika Balachandar)設計了一組實驗來確定為其母親的家庭辦公室隔音的最佳材料。她將一個揚聲器放進紙板盒里,然后用各種材料進行包裝,再利用測聲計測量盒子之外的音量。

          她想要借此看看哪種裝飾性材料還能夠充當專業級別的隔音材料,讓母親的辦公室在隔音的同時,也無損漂亮的外觀。巴拉錢達爾發現屋瓦材料最能隔音,壁毯緊隨其后。

          巴拉錢達爾未來的職業興趣是:工程學。

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          4. 標記和追蹤有害的壓裂流體

          13歲的德魯·貝克(Drew Becker)創造了一種有望監測水力壓裂引發的有害天然氣泄漏情況的方法。那些泄露會污染水力壓裂地點附近的地下水。貝克在懷俄明州Popo Agie河的下游小量放入了兩種著色細菌。

          他測試的那段河流流經水庫下面,貝克在河流下游的水塘發現了他標記的細菌——這說明它們成功漂到下游,甚至是地下。

          貝克未來的職業興趣是:商業潛水。

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          5. 調查寒冷天氣對樂器音高的影響

          14歲的邁克爾·貝克(Michael Becker)注意到其學校樂隊寒冷天氣下在橄欖球場上演奏時聽起來不大對勁。于是他決定測試銅管樂器、木管樂器、弦樂器、電子樂器,測量氣溫變化對它們的音高的影響。

          在每一項測試中,他都會讓調試好的樂器放在戶外,以讓它自己適應溫度,之后再測量它的音高。貝克發現銅管樂器在寒冷天氣下聽起來音調偏低,而弦樂器聽起來則音調偏高。

          貝克未來的職業興趣是:會計。

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          6. 測試焦黑土地的處理方法

          14歲的麗貝卡·布羅姆菲爾德(Rebecca Bloomfield)發現了防止焦黑的土地流失的最佳覆蓋材料。去年和家人科羅拉多州沃爾多峽谷大火發生后撤離時,她發現人們是用稻草覆蓋焦黑的土地防止流失的。

          但那樣做的問題在于,焦黑的土地并不吸水,稻草會被吹走,因此布羅姆菲爾德想要找到一種不同的材料。她在0%至70%的土地坡度下先后測試了稻草、護蓋物、花園墊、原木和橙皮。最終發現哪種材料更為有效是取決于坡度。

          布羅姆菲爾德未來的職業興趣是:生物物理學。

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          7. 研究長石為何會發出不同顏色的光

          12歲的艾瑪·伯內特(Emma Burnett)想知道長石在紫外線下為何會發出不同顏色的光。她在北卡羅來納州研究過的所有長石都是發出粉色的光,不過有一個地區的長石卻發出藍光。伯內特利用分光鏡發現,摻雜在礦產資源的雜質或者少數其它元素會引發同樣的礦物發出不同顏色的光。

          伯內特未來的職業興趣是:等離子物理。

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          8. 發現納米粒越小,對疾病治療越有效

          在閱讀過有關納米技術的醫療效用的資料之后,14歲的伊麗莎白·科恩(Elizabeth Corn)想要測試較小的納米粒子是否比較大的更有效。她采用了10億分之十八至10億分之二百米寬的氧化鋅粒,對它們扼殺埃布氏菌的能力進行了測試。

          最終她發現較小的納米粒子相比較大的納米粒子更能殺死埃布氏菌。

          科恩未來的職業興趣是:神經系統科學。

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          9. 設計質粒改變微生物的基因

          14歲的凱歐尼·甘達爾(Keoni Gandall)在七年級那年學習到DNA之后便開始進行基因工程方面的實驗。他先是試驗嗜鹽細菌——呈粉色或紅色的海水微生物。甘達爾想要使得它呈綠色。

          為此,他必須自制質粒——一個含有綠光蛋白質編碼的DNA粒子。可惜的是,甘達爾并沒有資源將該質粒嵌入細菌來驗證后者是否會變綠。

          甘達爾未來的職業興趣是:醫學。

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          10. 數字化氣味體驗

          14歲的米希爾·加里梅拉(Mihir Garimella)常常回印度探望家人,他非常懷念回到家時所聞到的各種獨特的氣味。他注意到計算機能夠調動起我們的視覺、聽覺和觸覺,唯獨沒有嗅覺。加里梅拉發明了一種方法讓計算機在短片播放到特定時刻時會放出不同的氣味。

          通過將含有微芯片的空氣清新器連接至微處理器,他能夠創建一個在電影播放到特定時刻放出氣味的數字庫。例如,肉桂樹出現在屏幕上時,就會產生肉桂的味道。

          加里梅拉未來的職業興趣是:機器人工程。

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          11. 研究墨西哥豆瓢蟲產卵習慣

          13歲的卡雷布·高賽爾(Caleb Gonser)喜歡研究墨西哥豆瓢蟲。他想要了解雌性豆瓢蟲是否更喜歡在沒有其它豆瓢蟲產的卵的豆上產卵。

          他最終發現,雌性豆瓢蟲是傾向于在卵較少的豆上產卵。他還發現,它們在本來沒有卵的豆上產的卵更多。避免與其它雌性的卵競爭似乎是其中的重要影響因素。

          高賽爾未來的職業興趣是:物理治療法。

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          12. 研究瀕臨滅絕的輻射陸龜的“祈雨舞”行為

          14歲的里弗·格雷斯(River Grace)研究馬達加斯加島瀕臨滅絕的輻射陸龜時發現,它們在下雨時會有節奏地爬行,像是“跳祈雨舞”。他想要測試這種行為是否可以幫助它們避免在洪災中淹死。

          通過噴水進行一系列的實驗后,格雷斯發現噴水量最少時它們跳祈雨舞的時間是最長的,那種行為與洪災狀況不存在關聯。

          格雷斯未來的職業興趣是:生理學。

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          13. 制造高斯步槍并測試其效能

          13歲的謝默斯·胡拉漢(Seamus Hoolahan)在跟伙伴合作打造一支高斯步槍,利用磁鏈反應來射出小鋼珠。他們相信,他們能夠給該步槍創造更加高效的設計,并最終開發出不致命的磁力槍。

          高斯步槍依靠一系列的磁來啟動射彈。胡拉漢和其伙伴認為,磁串越少,鋼珠就會射得越遠,但事實卻恰恰相反。磁串越多,動能越大,鋼珠就會射得越遠。

          胡拉漢未來的職業興趣是:化學工程。

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          14. 追蹤入侵物種在圣地亞哥的擴散

          在了解到櫟窄吉丁蟲摧毀成千上萬棵樹之后,11歲的克里斯托·霍爾頓(Krystal Horton)想要找到一個解決那種入侵害蟲的方法。在進行識別受感染樹木方面的學習之后,她走訪了2008年被調查的區域,以判斷問題是否出現了惡化。

          進行數個月的調查后,霍爾頓發現,每英畝受感染樹木的數量在各個區域都出現了大幅增長。

          霍爾頓未來的職業興趣是:計算機安全專家。

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          15. 模擬研究剪刀石頭布

          15歲的德魯夫·艾耶爾自己設計的計算機模擬程序可在短短幾秒內運算100萬次剪刀石頭布。他想要借此測試給人施加限制會如何影響游戲的結果,以及其他人對那些限制可以利用到什么程度。

          艾耶爾認為要求一人按特定比例使出剪刀石頭布會的限制性是最大的。不過這并不是他的研究成果。他發現,該游戲最好的策略就是沒有策略。艾耶爾在該試驗的最大收獲是,了解到利用計算機模擬計算,人類的談判是可以進行模式化和預測的。

          艾耶爾未來的職業興趣是:軟件工程。

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          16. 利用氣球和咖啡渣制造抓取物品的工具

          機器手要抓緊物品并不容易,這需要復雜的軟件和精準的定位。12歲的卡梅隆·瓊斯(Cameron Jones)了解到的“通用抓爪”是解決這一問題的一個簡單方案。向裝滿粒狀材料的塑料袋施壓,可使得該袋子包住物體,對它進行真空處理則會使得粒狀材料緊緊包住物體,從而能夠抓起它。

          瓊斯想要通過自制計算機操作的版本來改善該抓爪。他的設備采用充滿咖啡渣的乳膠氣球,能夠成功撿起乒乓球、黃銅棒和各種重量的木塊。

          瓊斯未來的職業興趣是:計算機科學。

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          17. 發現利用擾流器減少火箭空氣阻力的最佳時機

          13歲的約翰·凱利-斯坦納(Johann Kailey-Steiner)想要發現擴展擾流器最大限度降低火箭飛行阻力的最佳時機。他利用風洞記錄了火箭分別在有擾流器和沒有擾流器情況下以不同速度飛行時的阻力情況。

          最初,他發現擾流器在各個速度下都會增加阻力。后來他開發了另外一架火箭,發現如果火箭偏向逆風飛行,擾流器就會減少阻力。這發生于火箭引擎關閉的時候,因此斯坦納設計設備在那個時候擴展擾流器。

          斯坦納未來的職業興趣是:物理學。

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          18. 發現花椰菜粒子可加速肺部發育

          14歲的瑞亞·卡馬特(Rhea Kamat)了解到科學家在研究花椰菜中的蘿卜硫素是否可用于治療肺病。她想測試一下蘿卜硫素可否加速肺部的發育,希望它能夠用于治療肺部未充分發育的早產嬰兒。

          卡馬特拿蝌蚪作為研究標本。她無法直接研究它們的肺部發育,因而她轉而觀察發育同步的后肢的發育情況。在實驗的第三周結束時她發現,22%至56%攝入蘿卜硫素的蝌蚪四肢開始發育,而并沒有攝入蘿卜硫素的蝌蚪則未呈現四肢發育的跡象。

          卡馬特未來的職業興趣是:免疫學。

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          19. 發明早期疾病的廉價檢測方法

          13歲的奧斯汀·麥考伊(Austin McCoy)發明了一種廉價且簡單地檢測登革病毒早期感染的方法。診斷登革熱通常需要經過一個名為聚合酶鏈反應(PCR)的流程。

          實驗室利用價格高昂的機器來完成這一流程,而麥考伊則發明了一種廉價的方法來手動進行PCR。

          麥考伊未來的職業興趣是:生物信息學。

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          20. 發明無創傷治療椎基底動脈供血不足的方法

          13歲的斯米塔·莫辛德拉(Smita Mohindra)專注于治療椎基底動脈供血不足——大腦后部供血不足。該醫療狀況是頸部過度扭轉或者過度伸長所致。莫辛德拉了解到,這種狀況大多數的治療方法都涉及手術或者藥物,但她相信還有更加簡單的解決方案。

          她設計了一個配備觸摸傳感器的軟頸托,該產品在穿戴者過度扭轉或者伸長頸部會向他們發出提醒,從而幫助避免病情惡化。她希望在高風險病患身上測試該項設備。

          莫辛德拉未來的職業興趣是:生物醫學工程。

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          21. 幫助促進蜜蜂的繁殖

          13歲的卡洛琳·諾蘭(Caroline Nolan)擔憂蜜蜂數量不斷下滑,想要使得它們的蜂巢變得更有利于繁殖。于是她上了一個養蜂課程,自建了六個蜂巢進行實驗。

          蜜蜂平常是通過拍打翅膀來讓蜂巢保持涼快。而諾蘭希望通過外部手段使得蜂巢保持涼快,為蜂蜜解除那項負擔,使得它們變得更加健康。她發現,相比要自己用翅膀給蜂巢吹風的蜜蜂,有空調和太陽能通風機吹風的蜂巢蜜蜂收集到的花粉更多,蜂巢也做得做大。

          諾蘭未來的職業興趣是:領航。

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          22. 測量超導體創造的磁場能夠承受多大重量

          14歲的朱利安·薩奧爾(Julienne Sauer)對超導體(在冷卻至超低溫時可形成磁場使得物體懸浮的金屬)很有興趣。超導體目前被用于零阻力運動,如懸浮列車。

          不過列車非常重,使用超導體時其重量往往是個難題。因此,薩奧爾測試了兩種不同的超導體技術,看看哪一種更能承重。她發現,名為量子鎖定的技術效果最佳。

          薩奧爾未來的職業興趣是:法醫人類學。

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          23. 研究蘿卜糕中的部分胡蘿卜為何變綠

          14歲的納撒尼爾·斯佩里(Nathaniel Sperry)發現,有時切開蘿卜糕后,部分胡蘿卜會從橘色變成綠色。他了解到,有美食博主認定蘇打粉正是引起那種顏色變化的原料。

          斯佩里也發現,不加蘇打粉的蘿卜糕不會出現綠色的胡蘿卜,加了特定量的蘇打粉的則會出現一些綠色蘿卜,而令人驚訝的是,加了兩倍量蘇打粉的蘿卜糕也是沒有綠色的胡蘿卜。

          他發現,是名為花青素的色素對蘇打粉的基本酸堿度起了反應,從而引起顏色變化。

          斯佩里未來的職業興趣是:計算機編程。

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          24. 自制磁強計測量太陽耀斑

          13歲的漢娜·斯蒂爾(Hannah Steele)利用兩個磁鐵、激光和鏡子自制了一個磁強計。

          將自家設備測量的數據與政府儀器收集到的數據相比較后,她發現她的設備能夠準確測量太陽耀斑。

          斯蒂爾未來的職業興趣是:化學。

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          25. 發現自發性氣胸相關的新基因突變

          14歲的梅根·斯文托斯基(Megan Swintowsky)有多位家屬患上自發性氣胸。她認為,造成這么多家庭成員患上那種罕見疾病的原因可能是一個共同的基因突變。

          她收集了其三代家屬的DNA樣本,并檢查了原有研究發現與自發性氣胸有關的雌酮基因。她對其家庭成員的雌酮基因的DNA進行了測序,并將它與來自此前被檢測出因基因突變患上相同疾病的患者的DNA樣本進行了對比。

          她發現,在19名家庭成員當中,有17名的基因含有一種在DNA樣本中未體現出來的新突變。正是那種全新的突變引發了自發性氣胸。

          斯文托斯基未來的職業興趣是:化學。

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          26. 追蹤日本失事核電站的放射性廢物是否對太平洋鮭魚造成污染

          13歲的布雷納·沃爾林(Brenna Wallin)先是研究福島失事核電站的放射物流經鮭魚洄游路線的地方。之后她利用離子檢測器、咖啡罐等物品來檢測太平洋紅鮭魚的離子輻射是否高于正常水平。

          她拿來自阿拉斯加的太平洋鮭魚與來自智利、佛羅里達州、蘇格蘭的大西洋鮭魚進行了比較。沃爾林發現,前者的離子輻射確實要高于后者。

          沃爾林未來的職業興趣是:神經學。

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          27. 探索貝殼類動物如何適應惡劣環境

          13歲的西恩·韋伯(Sean Weber)想知道依附在巖石上的貝殼類動物在適應惡劣環境上是否與依附在掩蔽區的貝殼類動物不同。貝殼類動物依靠名為絲足線的彈性材料來依附在巖石表面上。韋伯決定去測量藍色貽貝的絲足線的韌度和數量。

          他將長年面臨大浪的貽貝絲足線的數量和韌度與依附在遮蔽區的貽貝相比較。他發現,要移動前者需要多耗費53%的力量,它擁有的絲足線數量也較后者多出50%。

          韋伯未來的職業興趣是:神經學。

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          28. 自制空氣炮,測試不同變量對拋射物射速的影響

          14歲的約書亞·溫策爾(Joshua Wentzel)制造了一個空氣炮來研究使用不同的氣量和氣壓對拋射物(高爾夫球)的射速的影響。他還測量炮口長度對射速的影響。

          溫策爾利用單車的打氣泵給空氣炮加壓,通過記時器來測量每一次的發射。他發現,在儲氣器和泵桶容積相同的情況下,氣壓越大,高爾夫球就會射得越快。

          溫策爾未來的職業興趣是:機械工程。

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          29. 以數種動物的空氣動力學外形為模型打造高效的風力渦輪機

          14歲的格蘭特·旺布爾(Grant Womble)認為,模擬信天翁、海鷗、座頭鯨和飛魚外形設計的風力渦輪機葉片可能會比其它的葉片更加高效,因為這些動物是利用翅膀或者鰭片快速飛行或者游動。

          旺布爾制造了一個電路來測量每一個渦輪葉片產生的力量。他發現,基于座頭鯨鰭片設計的葉片是最高效的。

          旺布爾未來的職業興趣是:小兒神經科。

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          30. 研究學校賣零食甜食與學生肥胖率之間的關系

          13歲的凱瑟琳·吳(Katherine Wu)研究了學校賣零食甜食與其學生肥胖率之間的關系。她使用了來自聯邦調查的1萬名八年級學生的年齡、高度、重量和吃零食習慣方面的數據。之后,她聯系所涉學校調查它們是否有賣零售與甜食。

          凱瑟琳·吳發現學校是否賣零食與學生的肥胖率并不存在聯系。禁售無營養食品對肥胖率并沒產生影響。她還發現大多數肥胖學生并不購買零食。

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