3M青年科學家挑戰賽今年首獎頒給美國加州14歲少女范雷妮（Leanne Fan），她利用機器學習科技和藍光療法，研發平價耳機，希望協助青少年及早發現並治療中耳炎。
這項科學賽挑選9名參賽者進入決選，每人都會分配到一名指導老師，協助參賽者實踐理念並做出原型作品，這些發明包括改善土壤環境及空氣品質的設計，還有迅速準確檢測視力，和及早檢測病灶的方法。
該賽事官網列出9名進入決選者的理念發想、過去一世紀以來最敬佩的發明，以及參賽者15年後對自身的期許。
●首獎╱平價耳機 治療中耳炎
全球每年約有10%人口、約7億人感染中耳炎，其中2100萬人死亡，大多數為兒童或弱勢群體，但並非每個人都能就醫，因此中耳炎的診治常被輕忽。雷妮設計的平價「芬森耳機」透過機器學習和藍光療法，檢查並治療中耳炎。
雷妮擊敗強勁對手脫穎而出，贏得「美國最年輕頂尖科學家」首獎和2.5萬美元（約台幣77萬元）獎金，她計畫用獎金申請發明專利。她把耳機命名為「芬森耳機」，是為了向諾貝爾獎得主芬森（Niels Finsen）致敬。
雷妮對光線療法著迷，但此治療方式在抗生素普及後相形見絀。芬森1893年發現，讓天花患者長時間暴露在紅光下能防止傷口化膿，1903年獲得諾貝爾醫學獎。光線療法以非藥物的方式殺菌，普遍用來治療濕疹和痤瘡。
14歲的雷妮希望15年後能創辦生物醫學裝置公司，生產平價醫療設備，讓有需要的人都買得起。
●第二名╱秒測視力 度數算得準
文卡特斯（Harini Venkatesh）發現，視力檢查通常花費1小時且誤差很大，每年有280萬多人的近視處方箋有問題，他因此研發Comptometrist，可在幾秒內精準計算近視者的度數。
文卡特斯最敬佩科學家意外發現抗生素，它拯救無數性命並為關鍵療法鋪路。14歲的他希望15年後能成為生醫工程師、神經外科醫師或眼科醫師，持續在醫學領域工作。
●第三名╱五段過濾 降空汙濃度
尚薩‧薩米（Shanza Sami）認為空氣汙染是危害健康的最大環境風險，遂研發五段式空濾裝置，降低空汙濃度，進而減少中風、肺癌、心血管與呼吸道疾病的風險。她利用奈米碳管薄膜、電解、氫燃料電池和光電化學氧化電池技術製作空濾裝置，奈米碳管負責吸附二氧化碳，通過電解室的水蒸氣經氫燃料電池分離為氧和氫，再以光電化學氧化技術分解有害的揮發性有機化合物。
薩米最欣賞網際網路的發明，讓全球人連線、合作並取用資訊。13歲的她希望15年後能成為生物醫學工程師，善用科技救人。
★決選入圍者
●電氣化學造氫 更潔淨
氫氣可改善能源效率並製造替代能源燃料，但現行製氫的方式也會產生二氧化碳。李約翰（John Lee）指出，若以電氣化學的方式製造氫氣，不僅更潔淨、有效率，且副產品只有水。
李約翰最欣賞電動車的發明，因為油車會排放汙染，電車對環境更友善且安全。14歲的他希望15年後能成為醫學、物理或化學領域的數據科學家，為永續環境和智慧城市貢獻心力。
●病理分析 發現卵巢癌
卵巢癌是最致命的女性癌症，薩邁拉‧瑪達（Samaira Mehta）利用深度學習卷積神經網絡，分析卵巢癌的各種組織病理型態迅速診斷，讓病人得以及早接受治療。
瑪達最喜歡人工智慧（AI）的發明，因為AI改善人類生活、解決問題，準確診斷甚至治療疾病。13歲的她希望15年後在矽谷企業上班，以科技研究癌症療法。
●腸道菌 偵測自閉症
阿姆里塔‧普拉文（Amritha Praveen）發現，自閉症是現在最常見的發展障礙卻無藥可醫。每位自閉症患者的情況不同，但研究顯示腸道菌有助偵測自閉症。不過，腸道菌數據並非線性分布，普拉文因而利用不同演算法製作智能模組，藉此有效診斷自閉症。
普拉文表示，末期疾病軌線圖是她最敬佩的發明，這種圖協助癌症病患選擇最佳療法。13歲的她希望15年後能透過科技，提供精神病患所需的各項協助。
●菌根真菌 增加固碳力
二氧化碳是造成氣候變遷的溫室氣體之一，威脅糧食生產與生態系。薩哈斯措‧史瓦甘（Sahasra Swargam）利用AI和物聯網打造分析土壤的方法，協助預測植物生長和農害，並以土壤溼度、酸鹼值和溫度檢測器，監測不同作物的生長環境。她運用天然肥料「菌根真菌」增加土壤固碳的能力，移除大氣中的二氧化碳，從而提高作物產能。
史瓦甘青睞讓生活更便利且豐富的智慧手機發明，她想用感測器收集農耕數據並推廣智慧農業。13歲的她希望15年後當上農業工程師，透過AI和自動技術推動農業並改善農耕環境。
●改造輪胎 邊開邊充電
汽車排氣不僅造成空汙也導致全球暖化，隨著電動車的普及，情況稍有改善，但電動車的缺點是使用功率有限。為解決此問題，艾什維尼‧蒂瓦卡蘭（Asvini Thivakaran）在輪胎上裝設壓電材料，讓電動車能邊開邊製造潔淨能源並為車子充電，增加電動車的續航力。
她認為過去百年來最棒的發明是網路，且網路已成為現代生活與社會重要的通訊、工作、學習和娛樂工具。13歲的她希望15年後能成為工程師，讓世界變得更好。
●稀釋氯除菌 維護管線
空調冷凝水管線每半年到一年就會堵塞一次，不僅需要花錢維修，管線中孳生的軍團菌和黴菌也危害長者及氣喘病患的健康。湯瑪士（Daniel Thomas）利用稀釋的氯氣預防黴菌和細菌過度生長，搭配馬達和程式計算釋放氯氣的量，藉此達到抑菌效果並節省管線維護費用。
他最欣賞電晶體的發明及其改變世界的能力，電晶體是利用電壓控制的開關，數百個微型電晶體就能組成電腦晶片。14歲的他希望15年後能繼續探索數學、科學及工程領域。
【2022-11-28/聯合報/R10.11版/好讀周報新識力】
