ISEF总决赛回顾
第75届ISEF全球总决赛于美国洛杉矶隆重举行，2024年ISEF的竞技舞台上，竞争的激烈程度达到了新的高度。
本次赛事不仅提供了近900万美元的丰厚奖金、奖品及奖学金，还汇聚了来自全美59个州以及全球67个国家和地区的近1700名顶尖选手，他们携带着1338个科技创新项目，齐聚一堂，角逐这场青少年科创领域的至高荣誉。这些项目覆盖了22个不同的学科领域，参赛者们为了争夺这一至高无上的荣誉展开了一场技术与智慧的较量。
在此次赛事中，中国队展现了引人注目的实力——共计57支中国队伍脱颖而出，成功晋级全球总决赛，较去年增加了3支队伍！中国代表队汇聚了来自大陆的中外籍学生及港澳台地区的学子（国家队30支，川赛5支，港澳台22支）。今年，香港和广东地区的选手尤其引人注目，香港德瑞国际学校成为焦点——在医学类别中荣获一等奖，还获得了1项Top Award——Craig R. Barrett Award for Innovation。广东地区的参赛者也取得了显著进步，在总决赛中荣获大奖。上海地区的选手表现依旧亮眼，两名来自上中国际的学生荣获Grand Awards（分别获得一、二等奖）。他们在川赛中表现优异，最终入选的5个项目中有3个来自上中国际的学生，这一成绩令人振奋，考虑到川赛历年来的激烈竞争，实属不易。
在这场高水平的学术竞赛中，有方的学员满载而归，再次刷新历史记录！学生在预选赛和决赛阶段囊括了100+奖项，其中包括ISEF全球总决赛的20+奖项（平均每位学生获得两个或以上奖项）。更为值得一提的是，有方学子连续两年获得多项一等奖，并且连续三年荣获代表个人成就的小行星🌟奖项！
下面就让我们来看看有方学术天团对2024 ISEF获奖作品的解读吧！篇幅略长，大家可以收藏慢慢看。
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科技改变艺术 TECA
今年是TECA的元年，是一片ISEF赛事中的新大陆，一共21个项目参加了今年TECA的角逐。什么项目适合TECA？我们看下ISEF对于TECA的定义：
TECA The use of technology to ignite new concepts, visualization tools and/or media to enhance our enjoyment of the arts.
简单来说就是通过技术使我们更好地感受艺术。而今年的评奖结果也体现了这一点。今年TECA一等奖是通过Diffusion Model来实现3D图像构建，TECA二等奖项目是研究通过人工智能来生成的和谐丰富的古典吉他作品。这些项目直接体现了前沿技术与艺术之间的关系。
今年中国代表队的两个TECA项目也引人关注，一个关于传统艺术皮影戏，一个是关于印章，项目也做得很不错，但是没有获奖，这给我们的启示是艺术本身具有国际性和地域性，当我们项目与传统中国艺术符号相关时，如何通过演讲，海报，视频让我们的中华艺术与各国评委形成共鸣是我们必须面对的课题。
机器人和人工智能 ROBO
ROBO是ISEF各个赛道中最为硬核以及最受关注的赛道之一，常年参赛人数维持在高位，今年有82个项目参与角逐。
ROBO的全称是Robotics and Intelligent Machines，一个很自然的问题，我们是用机器人项目参加还是用软件算法类项目参加呢？评委们给我们的答案是都可以，今年的一等奖，二等奖都是机器人硬件类项目与软件类项目平分的获奖名额。硬件项目关注了当前重点问题并给出了具有创新性的解决方案。
比如一等奖项目Effective Robotic Swarm Controller关注了多机器人的控制问题，该项目设计和实现了一个通过神经网络在动态环境中进行路径规划和任务分配的机器人群控制器。
二等奖的获奖项目则研究了城市中无人机配送问题，为了解决城市中空间有限的限制，该项目设计了垂直起降的无人配送机器人。算法类获奖项目则不再是普通的计算机与生物或者与物理的结合，而是深入到了模型的可解释性以及多模态的数据处理。
系统软件 SOFT
TECA像是刚出道的偶像idol，ROBO则像是备受瞩目的大明星，而SOFT（Systems Software）则有点不温不火的感觉。这些获奖课题拓宽了我们的思路以及未来对于我们社会将产生影响。
今年SOFT一等奖项目关于凸优化，乍一看感觉是一个数学项目，这位学生创新性地解决提出了一种二阶锥优化的算法，把算法的速度提高到了接近理论上限，这样的改进效率以及算法思路对于投资资产组合，能源管理都会产生极大的影响。其实我们过度关注了人工智能，其实对于其他算法的改进不仅符合SOFT subcategory Algorithm，而且能够做出突破性的工作。
SOFT相比于ROBO更加注重社会价值以及应用价值，大家项目重点在运用大语言模型，生成模型解决具体场景的问题，SOFT是一个更好的选择。
动物科学ANIM
学生选择了两种当地的藻类，评估了在夏威夷夏威夷岛Kāne夏威夷湾，沿海岸的δ15N水平、入侵率、绿海龟饮食中藻类表明的精氨酸水平和FP率之间是否存在关系。通过无人机航拍照片和水下摄影机的拍照探寻了藻类的分布和患病率。通过这提示了废水、入侵藻类、精氨酸和濒危绿海龟FP之间的联系，为Kāne夏威夷湾FP和污染的原因和分布提供了进一步的认识。
区别于传统的动物学研究，学生在这个项目中没有做任何的生物采样，所有的数据都是航拍数据和相关性分析。这就是ai等新兴科技发展后，辐射到其他学科的现状。并且作为夏威夷本土的学生去研究当地的环境生态现状，这是一个很有说服力的故事。
计算生物学和生物信息学CBIO
为了阐明保护作用的机制并开发一种通用的药物发现方法，学生开发了一种靶标鉴定方案，可以快速评估药物对人类细胞中基因表达的影响。传统的药物发现方法难以针对“不可药物”的蛋白质，或针对阿尔茨海默病等复杂疾病的多种途径。
学生将范式从基于结构的筛选转移到基于表达的筛选，靶向基于mrna的基因表达而不是物理化学结合。为了发现更有效的CtBP2转录小抑制剂，创建了一个新的机器学习模型，即使在极度不平衡的数据集中也能产生准确的预测，超过基线指标。利用这个模型，发现了转录抑制CtBP2的新化合物，其表现优于吩噻嗪类药物，通过消除小胶质细胞炎症和秀丽隐杆线虫麻痹来增加健康寿命。最终报告了一种非常有前途的新型和通用的药物发现方法，适用于任何高通量分析，以提高可及性和有效性。
植物学 PLNT
本试验以咖喱叶提取物为对照品，以土霉素为对照品，采用树干注射的方法治疗青枯病树。在实验结束时进行PCR，观察到咖喱叶提取物处理的树木和土霉素的Ct值增加(10%)。通过CS45快速扫描的NDVI指数也增加了15%以上，与冠层物理测量相证实，株高宽度增加了7.5%和12%。利用LI-600测定气孔导度和叶绿素含量。咖喱叶提取物的叶绿素含量分别比UTC和OTC高23%和4%，气孔导度无显著差异。在2% ~ 5%的添加量中，以4%的添加量为最佳。
基于这些发现，咖喱叶提取物可以有效和可持续地解决柑橘绿色病的管理，促进全球柑橘产业。并且学生的课题将在下一个季节重复进行，以验证目前的发现，并将在未来两年观察实验植物，作为该实验的延续。佛州作为农业大州学生研究这类的农业话题有很好的群众基础，依旧是巧妙的应用场景的改变，将两种不相干的话题建立的联系，并且给到了解决方案。
嵌入系统 EBED
该一等奖项目旨在通过开发一种创新的弹道测量设备，提升10米气步枪射击的准确性和训练效果。在加拿大，有超过57000名学员使用853C气步枪进行10米射击训练，其中，设备的老化和损坏会严重影响射击准确性。为了解决这一问题，学生们开发了一款利用3D打印技术、光学传感器、ESP32芯片、液晶显示屏、3D陀螺仪、3D加速度计和锂电池的弹道弹丸测速装置。
这种新颖的跟踪系统能有效识别射击技术的好坏，并可用于提高射击技能，如减少晃动、控制呼吸和跟踪目标等。该设备紧凑地安装在枪管上，不会阻挡任何瞄准镜。在训练和比赛中，数据可以快速、轻松地在智能手机上可视化。总体而言，这款独特且成本效益高的设备有望成为这项奥林匹克运动的改变者。
工程技术静力学及动力学 ETSD
研究者利用现代飞行计算机的能力，设计并试飞了一种斜翼飞机。这种飞机的特点是其一个机翼向前扫，另一个机翼向后扫，这种设计可以有效地解决空气动力学中的耦合问题，是对NASA之前手动飞行的斜翼设计的改进。
在设计模型时，研究者使用了计算机辅助设计，并应用了扫描理论来优化斜扫角。之后，他们进行了计算流体动力学模拟来分析飞机的性能。模拟结果显示，与传统的对称设计相比，这种全尺寸的斜翼飞机可以减少9.2%的阻力，这可以在全球范围内节省高达250亿美元的燃料成本，并减少9600万吨的年度二氧化碳排放量，从而验证了这种设计的有效性。
总的来说，这项研究表明，斜翼飞机的耦合问题可以得到显著降低，这使得这种一度被忽视的设计重新成为下一代高效燃料飞机的有力候选者，并呼吁进一步探索和采用斜翼设计。
生物医学工程 ENBM
该项目开发了一种创新方法来诊断和治疗胃轻瘫，一种以胃收缩减慢或缺失为特征的疾病。该方法结合了电胃图（EGG）的经皮监测和个性化的经皮神经电刺激（TENS）技术。以下是关于该研究的一些关键点：
疾病背景：胃轻瘫影响1.8%的人口，症状包括严重恶心、腹痛，并且具有高死亡率和高昂的治疗费用。
创新方法：研究引入了通过电胃图（EGG）监测胃收缩，并结合个性化的经皮神经电刺激（TENS）来诊断和治疗胃轻瘫。这种方法是基于个人的身体质量指数（BMI）定制TENS参数，以达到最佳的胃收缩刺激效果。
显著效果：在一项涉及六名参与者的体内研究中，该方法显著提高了胃收缩频率。治疗后立即观察到胃收缩频率平均增加了43.38%（p<0.01），并且在治疗后48小时内仍保持了36.63%的基线收缩频率增加（p<0.01）。
成本效益：该治疗方法的成本为1123.49美元，相对于其他治疗方法更为经济，为胃轻瘫患者提供了一个可负担得起且有效的治疗选择。
综上所述，该研究提出了一种结合电胃图监测和个性化神经电刺激的创新方法，显著提高了胃轻瘫患者的胃收缩频率，且成本相对较低，为患者提供了一种新的治疗途径。
环境工程 EAEV
项目开发出了一种全新的超声过滤系统。该系统配备了连接到钢管上的压电传感器，而这些钢管又通过硅胶管相互连接。当含有悬浮微塑料的水流经过这一系统时，超声波产生的声辐射力量会阻止微塑料颗粒通过，从而得到纯净的不含微塑料的水。
值得一提的是，相较于直径较大的单级过滤系统，使用较小直径的管子可以获得更好的过滤效果。此外，该系统还经过了处理洗衣废水和高度浓缩或大量含有微塑料的水体的测试，均成功实现了有效过滤。
虽然这一新型声学过滤系统尚需进一步改进和优化，但它无疑为安全、有效地利用超声波技术过滤微塑料开创了新的途径。未来，这一技术不仅有望用于清除微塑料污染，还可能扩展到去除其他类型的颗粒污染物。
通过我们教研团队的分享，大家对于ISEF的获奖作品和评审是否有了新的认识呢？以上作品提到的哪些技术/创新可以运用你未来的项目中的？
今年的ISEF赛场上，我们的学生再次突破自我，创造了新的历史，连续三年拿下小行星命名权！
我们之后也会陆续为大家带来更多获奖作品的解析，现在扫码添加小师姐回复【ISEF】还可免费领取2022-2024 所有ISEF获奖作品集哦~