素有青少年科创"世界杯"美誉的国际科技工程大奖赛 ISEF（International Science and Engineering Fair）2022年度总决赛刚刚落幕，颁出了总共 $800万的奖金。
全球180多个国家、地区，共计700万学生参加，1800余人入围总决赛，大约600人在总决赛中获奖，总决赛获奖率不到万分之一，竞争异常激烈。
从这两年的录取情况可以看，入围ISEF的学生，大都斩获MIT，Harvard，Chicago，Duke等名校offer。可见在标化成绩之外，美国名校，越来越看重学生的科创能力和综合素养。
「取法乎上，适得其中」。虽然只有极少数学生能通过层层选拔进入总决赛，但是了解这些优秀的科创项目，可以帮助我们找到奋斗的方向和学习的标杆。
让我们一起来看一下2022 ISEF中这些令人印象深刻的获奖作品吧！
01
George D. Yancopoulos Award ($75,000)
& 工程技术类一等奖
First Insights Into a Novel Synchronous Reluctance Electric Motor Design
这个项目旨在改进当前电动车的发动机使用永久磁铁所带来的环境问题和稳定性问题。虽然同步磁阻电机可以替代永久磁铁电机，但是因性能不够而无法被电动车采用。于是Robert使用3D打印和激光切割设计和制作了多种同步磁阻电机模型，并通过很扎实而巧妙的试验方案论证了其中一个电机设计可以提高扭矩和效率达到30%以上，从而使得同步磁阻电机有潜力成为电动车的电机替代方案。最令人钦佩的是，虽然设计出的电机还只是模型，无法在实际情况中进行测试，但是Robert考虑了他的实验条件和现实的区别，并详细论证了实验得出的结论在现实中仍然成立。它体现了Robert严谨的思维和科学素养。相信该项目在实验和论证部分一定得了高分。
02
Regeneron Young Scientist Awards（$50,000）
& 能源类一等奖
Engineering a Bifunctional Metal: Organic Framework for Efficient and Cost-Effective Hydrogen Production and Storage
来自沙特的Abdullah 获得了Regeneron Young Scientist Awards （$50,000） 和能源类别的一等奖。他试图通过掺杂镍和活性炭改进现行用于氢气存储的金属有机材料MIL-101（Fe），使得氢气的生产和储存变得更加高效，成本更低。项目清晰地介绍了新材料的合成方法，并进行了详尽的实验，测试并收集了包括水分解、电化学稳定性、表面积、氢气吸收、成本等实验数据，证明了该材料的优越性能。
03
Regeneron Young Scientist Award
& 生物医学工程类一等奖
Synthetic DNA Engineering with ICOR
Rishab Jain是另一个获得Regeneron Young Scientist Award的学生，同时获得生物医学工程类别的一等奖。Rishab 试图应用人工智能技术来提升重组疫苗的开发速度。在当前疫情肆虐的环境下，该项目的实用性和重要性不言而喻。这是一个很典型的跨学科项目，该学生过去五年都对DNA合成技术和人工智能算法做了很多学习和探究，做出这个项目也是水到渠成。
类似的跨医药和人工智能的项目还有来自泰国的利用AI技术的肝吸虫感染筛查项目，该项目获得了Gordon E. Moore Award （$50,000） 。
04
Peggy Scripps Award for Science Comm.
& 环境科学一等奖
ELSa: Wildlife Poacher Detection Solution
监测和抓捕野生动物偷猎者是全球可持续发展的一个重要目标。现有方案是用无人机红外视频头实时拍摄和智能识别，但是遇到识别准确率低（20%左右）和系统价格昂贵的问题。该项目通过捕捉动物和人在时空移动模式上的区别，对现有AI图像识别算法进行改进，将识别率提升到了91%，同时设计了低成本（$300）的硬件系统，从软件和硬件两方面提供了完整的解决方案。最令笔者喜欢的是该学生主动联系了非洲Kruger国家公园，不仅获得了第一手信息和反馈，而且实验可以基于真实数据从而大大增加了可信度。
05
Craig R. Barrett Award for Innovation
& 工程技术一等奖
Around the World in Eighty Days: Small Radiosondes on a Great Mission
来自德国的Amon Schumann想要改进每天成千上万的气象气球飞上天空，但是几小时后就爆掉落回地面，不仅不环保而且很多无线电探空仪因无法回收而造成浪费。他利用最先进的电子元器件重新设计了电路板和软件，将探空仪的重量减到了4.8克，从而让气球在天空长期漂浮成为可能。不仅如此，Amon还利用了公开的气象观测数据传输网，借鉴了NASA的超长时间气象气球的设计，并实地发射了14个气球，获取了实时的测试数据。最长一次达到了52天的漂浮记录。该项目从完整性、创新性、实用性、系统综合性都达到了非常高的高度，令人佩服！
06
植物学一等奖
Early Detection of Drought Stress Through a Novel AI Drought Assessment (AIDA) Model in Field Grown Tomato Plants
来自美国加州的两个学生利用人工智能技术实时监测作物（番茄）的干旱压力指标，改善农业种植中的节水问题。自动灌溉也是科创类竞赛中常见的项目。这个项目的特色还是在于它的完整性。它不仅设计了用于采集实时信息的遥控车，土壤温湿度传感器和运行于Raspberry Pi上的人工智能模型，还建立了真实的能够支持6种灌溉水平的番茄种植测试环境用于证明该模型的有效性。另外，该项目通过对标一个农业中使用了近50年的作物缺水指数（CWSI），大大提升了该项目的严谨性和科学性。这和很多智能灌溉项目在数据方面缺乏实证性形成了强烈的对比。
07
EU Contest for Young Scientists Award
& 机器人一等奖
Soft Origami-Inspired 3D Print-In-Place Artificial Intelligence Robots
历来机器人项目竞争都非常激烈。来自马来西亚的二人组获得了一等奖。他们利用软性折纸设计、3D打印和运行于Jetson Nano上的AI图像识别技术，试图改善机器人在抓取不同物体和行走方面的性能。不同于大部分项目聚焦在机器人的某一方面，该项目做出了一个完整的机器人，包括软性的抓手和腿，并结合AI图像识别功能达到更完善的抓取和行走效果。项目在实验测试对比方面非常严谨，通过设计多种维度的测试数据，充分证实了柔性机器人的性能优越性，令人信服。
08
Dudley R. Herschbach SIYSS Award
& 行为社科一等奖
FollowMe: AI to Revolutionize Cortical Visual Impairment Therapy”
大脑皮层视觉障碍多发于儿童时期，可以通过物理治疗让脑部重新建立神经连接而逐渐恢复。但是传统物理治疗需要患者和理疗师面对面进行，价格昂贵，尤其在疫情期间经常无法实现。于是Asmi使用AI技术设计了一款网络应用，量化追踪患者实时情况并推荐合适的练习，让其在家里就可以获得免费且个性化的理疗方案。整个方案包括针对该疾病优化了的AI算法，基于Arduino UNO设计的可穿戴心率装置（用来监测患者的异常心理状况），WebGazer（一款现成的视线追踪线上应用）, 并基于此设计的完整网络应用。这个项目在技术方面门槛不高，主要是应用了一些现成的技术，但是难得之处是能和行为社科方面的理论和研究相结合实现较好的应用成果，是另一个跨学科的典型案例。
上面的每个获奖项目都很独特，但我们还是能看到这些项目的一些明显的共性：
🔵 项目具有社会影响力：每个项目都力求解决当前人类可持续发展的重要问题，无论是环境保护、人体健康、可持续能源、还是水资源保护、粮食安全。项目的社会影响力、学生的社会责任感，都是评委很看重的方面，也让整个项目值得为之付出巨大的努力。
🔵 解决方案相当完整：虽然科创强调其创新点，但是大部分获奖项目所给出的方案都相当的完整，甚至达到了直接在现实中应用的程度（例：气象气球）。完整的解决方案有助于体现学生对所要解决问题的全面的思考，也能获得真实环境中更可信和严谨的测试结果和用户反馈。不少获奖项目甚至直接将实验设计提前考虑进解决方案的设计中，以期获得更好的数据（例：发电机改进、智能灌溉）。
🔵 过程体现思辨性：每个项目都体现了其作者的思辨性。获奖项目均能客观而全面地调研和分析问题，并能坦率地说出自己项目的优势和不足。虽然我们都倾向于粉饰优点、避谈缺点，尤其在这种竞争激烈的大赛中，但是这种实事求是的精神才是科学素养的真正涵义，也必将获得评委的尊重。
🔵 学生对项目充满热情：除了项目本身，很多ISEF的过来人会告诉你评委特别在意学生对自己项目所表现出的热情。这种热情体现在学生和评审的现场交流中，也体现在学生为项目所投入的时间和工作量。只有自己真正感兴趣的项目或专业，学生才能心甘情愿地付出这么多时间，尤其高中生们还同时面临繁重的学业任务、标化考试和繁琐的大学申请资料准备。
没有人期望高中生的项目能马上改变世界，但是学生在项目过程中体现出的热情和好奇心，思辨精神，科学素养，永不言败的坚毅精神，和完成一整个复杂项目所体现的多方面的问题解决和合作沟通能力，才是评审最看重的素养。试想这样的学生进入大学，怎么可能不成为学术上的佼佼者，科技前沿的开拓者，和具有领袖气质的变革者呢？
「如何找到自己真正的兴趣？」这往往是中国学生最大的困难。兴趣的发掘是一个不断探索的过程。只有实地投入去做项目才能判断自己对一个领域是否真有兴趣。因此，我们建议有条件的学生尽早开始尝试做项目，不仅可以锻炼全方面的探究实践能力，还能开拓视野，对社会问题和学科领域建立深刻的认知，早日找到自己的热情所在。
暑期我们也安排了丰富的跨学科的项目式科创课程以及科创课题孵化，适合不同年龄、不同基础的学生：
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