3M國際青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽往屆獲獎(jiǎng)作品

3M國際青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽 是一項(xiàng)激發(fā)和挑戰(zhàn)中學(xué)生創(chuàng)造性思維，并鼓勵(lì)運(yùn)用STEM的知識去解決現(xiàn)實(shí)問題的比賽。比賽最早是在1999年由 Discovery Communications 首次發(fā)起，2008年 Discovery Education 與3M攜手合作，旨在培養(yǎng)下一代問題解決者，并為學(xué)生提供了直接與3M科學(xué)家合作的獨(dú)特機(jī)會(huì)。
3M青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽每年舉辦一次，邀請5-8年級的學(xué)生提交1-2分鐘的視頻，介紹解決日常問題的獨(dú)特解決方案，展示利用科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)造的能力，最終獲勝者將有機(jī)會(huì)贏得接受科學(xué)家一對一的研究指導(dǎo)和 25,000 美元大獎(jiǎng)。之前的挑戰(zhàn)賽曾涌現(xiàn)出許多創(chuàng)造性的解決方案，包括節(jié)水、噪聲污染、能源消耗和提高公共交通效率等。2022留學(xué)匯“小小科學(xué)家”一對一獨(dú)家科學(xué)指導(dǎo)方案，旨在激發(fā)學(xué)生們對科學(xué)的興趣，獨(dú)立完成一項(xiàng)屬于自己的小作品并提交參加3M科學(xué)賽。

比賽時(shí)間
2022年4月26日截止提交作品

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適合學(xué)生
在美國50個(gè)州就讀的，想要用科學(xué)和創(chuàng)新解決現(xiàn)實(shí)世界的問題，5-8年級學(xué)生們。

往屆獲獎(jiǎng)作品
Marietta在全國青年科學(xué)家比賽中獲得第二名，他制作了一份能夠幫助視力有問題的人輕松烹飪的項(xiàng)目，而獲得大賽第二名，并同時(shí)獲得大賽的改善生活獎(jiǎng)。
Mahapatra 因其名為“基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化烹飪操作的無障礙友好指導(dǎo)系統(tǒng)”的項(xiàng)目獲得了第二名和公眾投票獎(jiǎng)，該項(xiàng)目部署了邊緣計(jì)算和先進(jìn)的視覺算法，以幫助視力障礙人士輕松烹飪。新聞稿稱，這名青少年的靈感來自他的姑姑，姑姑因青光眼導(dǎo)致失明而不得不放棄做飯。

Mahapatra 今年早些時(shí)候申請了這項(xiàng)挑戰(zhàn)，并被選為全國申請者中的前 10 名決賽選手。Mahapatra 說他計(jì)劃成為生物科學(xué)領(lǐng)域的計(jì)算生物學(xué)家/數(shù)據(jù)科學(xué)家。

他在他的3M 傳記頁面上說：“我對機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域產(chǎn)生了非常強(qiáng)烈的熱情，并且真的想解決現(xiàn)實(shí)世界的問題并發(fā)明新的功能和解決方案。”

Kriesh Tivare獲得電動(dòng)汽車充電科學(xué)實(shí)驗(yàn)獎(jiǎng)
Kriesh Tivare 全國“3M 青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽”中獲得了弗吉尼亞州優(yōu)異獎(jiǎng)，他進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)研究了如何在道路上使用線圈為玩具車提供動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)非接觸式充電。

“它基本上是在汽車駛過時(shí)給汽車充電，”Kriesh Tivare說。在他的獲獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)中，Kriesh 解釋了如何通過輪胎按壓道路上的開關(guān)來閉合電路并使用電磁感應(yīng)為車輛供電，而不是讓固定充電站恢復(fù)供電。

Kriesh 是在他的家人外出旅行并且不得不為他們通常每天充電的特斯拉 Model 3 的充電站尋找和消磨時(shí)間時(shí)想到的。在 2019 年去波士頓的一次家庭旅行中，里程焦慮很明顯，因?yàn)樗麄儽仨毭课宓搅鶄€(gè)小時(shí)休息一次，需要 45 分鐘到一個(gè)小時(shí)來充電。

“在商場里，有一個(gè)專門用于……充電的地方，很多充電站已經(jīng)投入使用，”他說，對比了充電站和加油站的數(shù)量。

Kriesh 使用釣魚竿在小型 PVC 管道上纏繞數(shù)百次線圈，創(chuàng)造了自己的材料。

他使用頻率發(fā)生器為道路模型上的線圈供電，并使用示波器測量感應(yīng)的功率，并嘗試使用不同的線圈和頻率以最大限度地提高效率。

在麥克萊恩的 Cooper 中學(xué)上八年級，Kriesh 喜歡歷史和數(shù)學(xué)課，并且可以將自己視為一名天文工程師，發(fā)現(xiàn)行星或?qū)ふ姨罩械纳?/p>

非接觸式充電——Kriesh 在他的參賽作品中使用的術(shù)語——正在成為現(xiàn)實(shí)。例如，ElectReon Wireless Ltd. 公司已在以色列和瑞典的公共道路上為公共汽車和卡車部署了其技術(shù)。

加利福尼亞的研究人員在1970 年代和 1980 年代檢查了這項(xiàng)技術(shù)，并最終測試了運(yùn)動(dòng)中的電動(dòng)汽車。一個(gè)1992年的報(bào)告調(diào)查通電高速公路的可行性指出道路感應(yīng)器將花費(fèi)“每車道英里數(shù)百萬美元”，但對于車輛設(shè)備的成本是“相當(dāng)多的不確定性”在那個(gè)時(shí)候。

康奈爾大學(xué)的一個(gè)研究小組由電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授 Khurram Afridi 領(lǐng)導(dǎo)，一直致力于改進(jìn)電動(dòng)汽車的道路充電技術(shù)，他們說這些技術(shù)可以用于從電氣化高速公路到支持制造倉庫中的自動(dòng)叉車和機(jī)器人。

Afridi在有關(guān)該技術(shù)的視頻中表示，對需要維修的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行變革的時(shí)機(jī)可能是正確的。

Kriesh 有興趣繼續(xù)他的實(shí)驗(yàn)，研究 5G 信號如何允許道路線圈在沒有壓力板的情況下為車輛充電，從而避免他的模型車需要通過開關(guān)。

“未來，5G網(wǎng)絡(luò)將取代道路內(nèi)的開關(guān)，瞬間激活道路中的線圈，”克里什在比賽視頻中說。“動(dòng)態(tài)充電可能是智能無人駕駛汽車的一個(gè)充滿希望的未來。”

2020冠軍介紹
14歲女孩因新冠潛在療法研究
獲得2020青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽冠軍
美國德克薩斯州一位名叫Anika Chebrolu的14歲女孩在一項(xiàng)全美青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽中奪魁，并獲得25,000美元的獎(jiǎng)金。她希望能夠通過這項(xiàng)研究，為對抗新冠病毒提供潛在的治療方法。
Anika的項(xiàng)目展示
（來源：youngscientistlab.com）
Anika Chebrolu是美國尼爾森中學(xué)的一名學(xué)生。她的父親Srivasa Bhushan Chebrolu醫(yī)生，畢業(yè)于海得拉巴的奧斯馬尼亞醫(yī)學(xué)院（Osmania Medical College），是一名腎病專家。

Anika Chebrolu在采訪時(shí)說：“在我小的時(shí)候，我爺爺總是鼓勵(lì)我學(xué)習(xí)科學(xué)。他是一位化學(xué)教授。他總是告訴我學(xué)習(xí)所有關(guān)于科學(xué)的東西。隨著時(shí)間的推移，我越來越喜歡科學(xué)。”
這也是Anika Chebrolu喜歡科學(xué)研究并參加 3M青年科學(xué)家挑戰(zhàn)賽 的原因。
Anika Chebrolu究竟做了怎樣的研究？具體又得到什么結(jié)果呢？

這個(gè)項(xiàng)目，從病毒進(jìn)入細(xì)胞的刺突蛋白——血凝素蛋白著手。
在病毒侵染細(xì)胞的時(shí)候，血凝素蛋白能夠幫助病毒進(jìn)入。如果抑制該蛋白，能夠幫助阻隔病毒侵入細(xì)胞的第一階段。

如果找不到治療新冠病毒的特效藥，那么從病毒的普遍特性入手，也是潛在的治療方案。
而Anika Chebrolu的工作，便是選擇找出了血凝素蛋白的最佳結(jié)合分子。
研究的過程一共分為了以下幾步：
先導(dǎo)步：
從rcsb PDB數(shù)據(jù)庫下載了血凝素蛋白的文件，并用FT map工具分析了治療熱點(diǎn)，選取了下圖位點(diǎn)。
第一步：
使用ZINC database中選取250000個(gè)分子。
第二步：
使用CLC Drug Discovery Workbench進(jìn)行初步的分子對接，使用該軟件尋找前100個(gè)對治療熱點(diǎn)親和力最強(qiáng)的分子。
第三步：
使admetSAR測試100個(gè)結(jié)合分子，最后只有6個(gè)通過了測試。
第四步：
使用Pyrex軟件對6個(gè)分子進(jìn)行全面且深入的能量測試。
第五步：
最終發(fā)現(xiàn)親和力最強(qiáng)的先導(dǎo)分子。
這種先導(dǎo)分子，可以選擇性結(jié)合新冠病毒的突刺蛋白，或能成為新冠肺炎療法。

Anika Chebrolu說，獲得獎(jiǎng)項(xiàng)和頭銜是一種榮譽(yù)，但她的工作尚未完成。她的下一個(gè)目標(biāo)是與科學(xué)家和研究人員一起努力，將她的研究發(fā)展為真正可行的治療方法。

參考文獻(xiàn)：
https://www.newsindiatimes.com/americas-future-seven-indian-american-middle-schoolers-among-top-10-in-young-scientists-challenge/
https://www.youngscientistlab.com
https://edition.cnn.com/2020/10/18/us/anika-chebrolu-covid-treatment-award-scn-trnd/index.html?utm_term=link&utm_source=twCNNi&utm_content=2020-10-19T16%3A45%3A07&utm_medium=social

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