ISEF获奖者的项目案例和研究成果有哪些？ - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

ISEF（国际科学与工程大奖赛）作为全球顶尖的青少年科研竞赛，汇聚了来自世界各地的优秀青年科学家。他们的项目案例和研究成果不仅展现了卓越的创新能力和科研精神，还为各个领域的未来发展提供了新的思路和方向。本文将详细介绍ISEF获奖者的部分项目案例和研究成果，以期为更多热爱科学的青年提供灵感和借鉴。

一、环境科学领域的创新成果

（一）农业一氧化二氮排放的实时监测系统

2024年ISEF最高奖项目之一是“ANOMaLY：有效区域缓解农业一氧化二氮排放的实时全球化系统”。该项目开发了一个能够实时识别全球范围内农业一氧化二氮排放的时空事件的系统，从而可以迅速采取有效的减排措施。项目通过对北卡罗来纳州7个农场进行为期6个月的土壤化学数据采集，结合卫星影像和神经网络模型，成功解释了区域排放约80%的变异性，远优于传统模型。

（二）超声过滤系统去除微塑料

另一个获奖项目开发了一种利用超声波技术从水流中去除微塑料颗粒的系统。该系统通过超声波产生的声辐射力量，阻止微塑料颗粒通过过滤装置，从而实现高效的水质净化。这一技术不仅在实验室环境中表现出色，还具有广泛的应用前景。

二、生物医学工程领域的突破

（一）无动力假肢——NitinArm

2024年ISEF大奖项目之一是“NitinArm：无动力假肢”。该研究团队开发了一种新型的无动力假肢，旨在为截肢者提供更加经济实惠且功能强大的假肢选择。NitinArm利用先进的材料科学和机械工程原理，通过优化假肢的结构设计和材料选择，使其能够在没有外部动力支持的情况下实现自然的运动功能。

（二）胃轻瘫的创新治疗方法

一个获奖项目提出了一种结合电胃图（EGG）监测和个性化经皮神经电刺激（TENS）的创新方法，用于诊断和治疗胃轻瘫。该研究通过监测胃收缩频率，并结合个性化的电刺激方案，显著提高了患者的胃收缩频率，改善了症状。

三、计算机科学与人工智能领域的探索

（一）帕金森氏症步态障碍评估框架

在行为与社会科学领域，一个获奖项目开发了一个基于神经网络的帕金森氏症步态障碍评估框架。该框架通过从3D骨骼和人体轮廓中提取时空特征，实现了对步态障碍的高灵敏度评估，准确率高达91%。此外，项目团队还创建了一个低成本的Web应用程序，使患者能够在家中通过视频快速获取诊断结果。

（二）机器人群控制器

在机器人与智能机器领域，一个获奖项目开发了一个高效的机器人群控制器。该控制器能够在动态环境中进行路径规划和任务分配，利用前馈神经网络和混合RRT-APF算法，解决了多智能体路径规划问题。这一技术不仅提高了生产流程的效率和灵活性，还降低了生产线重组的成本。

四、物理与化学领域的前沿研究

（一）新型强子化模型

2024年ISEF的一个获奖项目提出了一种新颖的粲夸克强子化模型。该研究通过引入尚未观察到的激发态和团簇体积依赖性，解释了不同碰撞系统中的粲夸克强子化现象。这一模型不仅为高能物理领域提供了新的理论支持，还为未来粒子物理实验的设计和分析提供了新的思路。

（二）新型氢气传感器

在能源领域，一个获奖项目开发了一种创新型、低成本、高可靠性的氢气传感器。该传感器利用气致变色技术，在接触到氢气时会引发颜色变化，从而实现无需电源的快速检测。这一技术为氢经济的发展提供了重要的安全保障。

五、跨学科研究的综合应用

（一）斜翼飞机设计

一个跨学科的获奖项目设计并测试了一种创新的斜翼飞机。该飞机通过优化机翼设计，减少了空气动力学耦合问题，显著降低了飞行阻力。研究团队利用计算机辅助设计、横扫理论优化和计算流体力学仿真分析，验证了该设计能够减少9.2%的阻力。

（二）口腔健康监测系统

在生物医学工程领域，一个获奖项目开发了一款名为OralAI的移动牙齿检测系统。该系统结合了自定义物理原型和新型UV-A荧光生物标志物，通过训练高精准的YOLOv8模型，实现了对用户口腔中牙齿生物膜区域的有效识别。

六、其他领域的创新成果

（一）柑橘黄龙病的可持续管理

2024年ISEF的一个获奖项目提出了“推进柑橘青枯病的可持续管理：用树干注射科尼氏Murraya koenigii衍生生物提取物管理亚洲自由候选菌的综合环保方法及其在精准农业工具上的验证”。该研究结合了生物提取物和精准农业技术，为全球柑橘产业的可持续发展提供了新的可能性。

（二）阿尔茨海默病的创新药物发现

一个获奖项目针对阿尔茨海默病（AD）提出了一种创新的药物发现方法。研究者通过开发一种靶标鉴定方案，能够快速评估药物对人类细胞中基因表达的影响。项目团队利用机器学习模型，发现了能够转录抑制CtBP2的新化合物，这些化合物在消除小胶质细胞炎症和秀丽隐杆线虫麻痹方面表现出优于现有药物的效果。

（三）二阶锥规划算法

在数学优化领域，一个获奖项目开发了一种新颖的二阶锥规划（SOCP）算法。该算法通过高效的近似解技术和大型约束分解方法，显著降低了高维SOCP问题的计算成本，提升了求解效率。这一成果为机器学习、运筹学、能源、交通和金融等多个领域提供了强大的工具。

（四）3D艺术生成技术

在艺术与技术结合领域，一个获奖项目开发了一种基于扩散模型的3D艺术生成技术。该技术通过文本到3D打印的创新方式，使艺术家能够依据自然语言提示迅速创建出3D模型，极大地提升了创作的便捷性和效率。

ISEF获奖者的项目案例和研究成果展示了青少年科学家在各个领域的创新能力和科研精神。从环境科学到生物医学工程，从人工智能到跨学科应用，这些项目不仅为全球性问题提供了新的解决方案，也为未来的科学研究和技术发展奠定了坚实的基础。ISEF的获奖者们用他们的智慧和努力证明，科学的力量可以改变世界，而他们的研究成果将继续激励更多年轻人投身于科学研究的事业中。