美高中生提創意 解決社會問題

美高中生提創意 解決社會問題

文╱陳韻涵

閱報秘書

雷傑納隆科學獎 獎勵最聰明的頭腦

雷傑納隆科學獎(Regeneron Science Talent Search)是「科學與大眾協會」(Society for Science & the Public)1942年創設的獎項,為美國歷史最悠久且聲明最顯赫的高中科學與數學競賽。

西屋(Westinghouse)電氣公司1942年成為該競賽第一個贊助商,電腦巨擘「英特爾」(Intel)1988年到2015年9月接棒贊助,2016年5月起由雷傑納隆藥廠(Regeneron Pharmaceuticals)接手。

往年約有1900名學生參賽,今年則增至3千名學生,提交關鍵科學領域的初始研究,並由各領域專家組成的評審團隊評選決賽,最後選出優勝者。

雷傑納隆科學獎聚焦發掘、啟發並接觸最有潛力的年輕科學家,希望學生的創意點子能解決社會上最急迫的挑戰。

這項科展競賽獎勵最聰明的頭腦,鼓勵學生朝STEM(科學、科技、工程及數學)領域發展,期望未來為世界帶來正向影響。

對於聰慧的青少年而言,發現問題可能造就有意義的研究,並獲得豐厚獎金。美國製藥公司「雷傑納榮製藥」和美國「科學與大眾協會」7月底公布2020年「雷傑納隆科學獎」(Regeneron Science Talent Search)得主,17歲的莉莉安.彼得森(Lillian Petersen)發明一種可在糧食成長之際,便能預測採收時間的簡單工具,對抗非洲糧食供應不穩定的問題,她擊敗40位強勁的決選入圍者,抱回25萬美元(約台幣744萬元)首獎。

受新冠肺炎影響,美國名聲最顯赫的高中生科學與數學科展78年來首次透過線上方式遠距競技,並舉行虛擬頒獎典禮,以確保學生、家長、學者專家及工作人員的健康。

40名進入決選的高材生總共獲得超過180萬美元(約台幣5356萬元)的獎學金,學生作品根據科學嚴謹程度、獨樹一格的解決問題能力,以及成為科學領袖的潛能等項目評比。

科學與大眾協會(Society for Science & the Public)主席兼執行長瑪雅.阿吉梅拉在今年的線上頒獎典禮中說:「恭喜2020年雷傑納隆科學獎得主,像莉莉安.彼得森這樣的學生們,是我們未來的管理者。目前的新冠肺炎疫情凸顯科學對促進人類福祉有多麼重要。」

阿吉梅拉說:「有了這些決選者的先驅科學與工程發現,我知道,我們的未來掌握在可靠的人們手中,他(她)們解決了世界上最棘手的問題。」

第一名

可預測採收時間 解決供糧不穩定

17歲的莉莉安.彼得森發明了一種在作物生長季之初,便可預測採收時間的簡單工具,協助農人規畫糧食配送,並為生活在糧食供應不穩地區的人們提供穩定的糧食供給來源。

莉莉安首先分析每日衛星影像,以可靠模組觀察農作物的健康狀況,再比對現有的糧食數據,驗證她發明的預測工具準確度;接著,她利用此工具分析非洲國家的糧食數據,成功以高準確率預測農稼收成時間,提高當地農作物採收量。

第二名

研發學習演算法 讓電腦學新觀念

18歲的巴帝亞(Jagdeep Bhatia)研發兩種機器學習演算法,讓電腦程式在指導員(可以是電腦或人)的教導下,試著學習新觀念,贏得17.5萬美元(約台幣521萬元)獎金。

巴帝亞的演算法不只會隨機提問,且只會問正確的問題。他的人工智慧演算法可以更快速、簡易地協助訓練機器人和其他自動化裝置。

第三名

高效混合燃氣爐 降低對環境衝擊

18歲的克羅帝(Brendan Crotty)設計建造高效率的混合燃氣爐,可以協助減少發電及原料製造等工業對環境的衝擊,獲得15萬美元(約合台幣446萬元)獎金。

比起現行的工業燃氣爐,克羅帝設想的燃燒系統在較高溫的環境運作,其有毒的二氧化氮排放量少19%。為實現這個混合燃氣系統,克羅帝必須專精電腦設計軟體、金屬鑄造,以及機械加工。

第四名

設計一套數學理論 探索代數基礎結構

17歲的魯伯特.李(Rupert Li)設計了一套數學理論,解決關於「阿貝爾沙堆模型」(abelian sandpile model)的抽象代數問題,藉此探索一個代數群的潛在基礎結構,獲得10萬美元(約合台幣298萬元)獎金。

魯伯特發揮創意,定義特定形式的數學模組圖形。研究類似問題的數學家也認為,魯伯特的理論很有幫助。

第五名

自然殺手細胞 有望成治癌新方

18歲的安娜.托馬斯(Anaiah Thomas)調查受癌細胞影響的「自然殺手免疫細胞」CD56bright和CD56dim,有朝一日可能成為新的癌症療法,獲得9萬美元(約合台幣268萬元)獎金。

「CD56bright自然殺手細胞」阻止「CD56dim自然殺手細胞」攻擊健康的組織,但當托馬斯利用癌症衍生的「纖維母細胞」(fibroblast cells)一起培養CD56bright和CD56dim時,就能刺激兩種自然殺手細胞,根據所處的微環境改變攻守機制。

第六名

生酮飲食減緩癲癇 咖啡因則加劇癲癇

17歲的卡薩琳.喬治(Katherine St George)利用果蠅研究飲食和和咖啡因對癲癇的影響,獲得8萬美元(約台幣238萬元)獎金。

她發現,高脂、生酮飲食可以減緩特定神經傳導物質(neurotransmitters)不平衡造成的癲癇,而咖啡因則會增加特定神經傳導物質對癲癇造成的影響。

她也觀察到,如果讓果蠅吃生酮飲食,則比較不會由於咖啡因而引起癲癇,或許能成為人類癲癇病患的飲食參考。

第七名

平行切割演算法 改善特定運算速度

17歲的韋斯特弗(Alek Westover)想出平行切割演算法(parallel partition algorithm),改善特定運算速度,獲得7萬美元(約台幣208萬元)獎金。

韋斯特弗把自創的演算法,與其他人過去研發的4套演算法做比較,結果發現他的演算法至少一個方面,比其他4種演算法的表現還要優異。這種理論框架可用來改善許多電腦應用,例如輔助資料庫查詢。

原文出自《好讀周報》582期


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