高校生発明家 2011

激励集会や歴史のテストの合間に、この 10 人の優秀な学生たちは、がん治療法の改良、自動車の排気ガス浄化、人間とロボットのコミュニケーションの改善に取り組んでいます。

アリソン・ダナ・ビック

高校:ミルバーン高校、ニュージャージー州ミルバーン
発明:スマートフォン水質検査装置

アリソン・ダナ・ビックさんが中学生だったとき、豪雨で故郷の道路が冠水し、井戸が浸水した。当局は、洪水で下水が水道に流れ込んだ可能性があると警告した。「友人から、水道水の安全性を確認する方法はないかと電話がありました」とビックさんは言う。グーグルで検索したところ、家庭用で手軽な検査法がないことがわかり、自分で作ってみることにした。4年後、ビックさんは、撮影した水のサンプルに含まれる細菌の濃度を判定する携帯電話アプリを完成させた。サンプルに含まれる化学物質や細菌の全量を評価するのに18時間かかる現在の水質検査キットとは異なり、ビックさんの携帯電話による検査では、汚染されているか飲んでも安全かという簡単な答えが即座に得られる。ビックさんは、最も一般的な水質検査薬の1つであるコリラート18が、細菌に汚染された水と混ぜると黄色に変わることを知っていた。細菌が多いほど、色が濃くなるのだ。そこで彼女は、化学水サンプルの低解像度写真の黄色ピクセルの強度を読み取って分析するアルゴリズムを開発した。彼女は現在、アメリカ赤十字社のミルバーン ショート ヒルズ支部と協力して、このシステムの実地テストを行っている。

大学:ビックさんは今秋、プリンストン大学の新入生として入学します。化学工学を学ぶ予定です。

ライアン・エリクソン

高校:ロスアラモス高校、ニューメキシコ州ロスアラモス
発明:ポータブル太陽光発電淡水化装置

ライアン・エリクソンは高地の砂漠の台地に住んでいるが、海に対して大きな計画を持っている。昨年、彼はアラブ首長国連邦やオーストラリアなどの国で行われている大規模な淡水化プロジェクト（海水から塩分やその他のミネラルを除去して飲めるようにする）に興味を持ち始めた。しかし、沿岸国に住む人々を含む何百万人もの人々が安全な飲料水を得られていないにもかかわらず、海水から有害なバクテリアを除去するポータブルで自動化された手頃な価格の淡水化システムを誰も構築していないことにすぐに気付いた。彼の太陽光発電装置は、2人で楽に運べる3フィートの立方体で、砂、木炭、ペットボトルなど簡単に手に入る材料でできている。海水は、沸騰室に入る前に砂と木炭の層で濾過される。蒸気は冷却され、凝縮器コイルで集められ、紫外線で有害なバクテリアを殺すステリペンにさらされる。他のポータブル淡水化システムはそれほど洗練されておらず、水から塩分しか除去できず、他の有害な汚染物質は除去できない。エリクソン氏の次のステップは、システムを再設計してさらにコンパクトにすることです。

大学：エリクソンさんはこの秋、カリフォルニア大学サンディエゴ校に入学し、電気工学を学ぶ予定です。

パラム・ジャギ

高校：テキサス州プレイノのプレイノ・イースト高校
発明: CO

エドゥアルド・フェルナンデス

高校：アリゾナ州フェニックスのカール・ヘイデン・コミュニティ高等学校。
発明: 3Dアシストロボットアーム

エディ・フェルナンデスは、5歳でリモコンカーの分解の仕方を思いついてから、安全な機器はなくなった。「おもちゃ、電池、モーター、回路。全部どうやって動くのか知りたかったんです」と彼は言う。7年生のとき、彼は全国FIRSTコンテスト用のロボットを作るチームに参加した。ある参加者は、80インチの球体を8フィート空中に投げた。別の参加者はサッカーをした。彼はまた、水中自律型ロボットの設計と製作にも協力した。しかし、これまでの最高の仕事は、宇宙遊泳をする宇宙飛行士を助けるために機器を持ち上げて動かすように設計されたEVROVロボットアームの製作を主導したときだったと彼は言う。彼はまた、人間のオペレーターが宇宙船の中からアームを遠隔操作して深度を測るのに役立つ補完的な3Dビデオシステムも作成した。彼は昨年のコンラッド財団スピリット・オブ・イノベーション賞でこのロボット（とその約11,000ドルという値段）を発表した。フェルナンデスの動機の一部は不確実性だ。彼の父親は最近メキシコに強制送還されたのだ。 「それが起こったとき、物事は一夜にして変わるものだと痛感しました」と彼は言う。「そして、もっと一生懸命働いて、時間をもっと有効活用する必要があると悟りました。」

大学：フェルナンデスは秋にアリゾナ州立大学に進学し、機械工学を学ぶ予定です。

アレクサンダー・ギルバート

高校：セント・オールバンズ・スクール、ワシントン D.C.
発明: MRIコントラストの向上により、より正確な診断が可能に

アレックス・ギルバートが6歳くらいのとき、彼の近親者が多発性硬化症と診断されました。1年後、彼女は医師がMRIの結果を誤読していたことを知りました。「私はとても幼かったので、[誤診が]どれほど衝撃的だったかを完全に理解していなかったと思います」とギルバートは言います。15歳で彼は磁気画像技術を学び始め、高校2年生の後に国立衛生研究所でインターンシップをしました。そこで彼は、医師が神経疾患の兆候をより正確に見つけることができるように、MRI画像のコントラストを改善する技術を開発しました。磁気共鳴画像システムは、陽子を励起し、その回転が遅くなるパターンを記録します。それが画像を生成します。しかし、体の各部分の細胞密度によって信号の強度が変わります。空気と骨は弱い信号と暗い画像を生成します。脂肪と骨髄は明るい画像を生成します。ギルバートは、これらの違いを考慮して画像コントラストを改善するアルゴリズムを作成しました。これは、見つけにくい組織損傷を明らかにするのに役立ちます。翌年の夏、ボストンのマサチューセッツ総合病院で、ギルバートはMRI画像のコントラストを向上させる別の技術を開発した。彼は、核酸に結合する染料を注入することで、灰白質の構造の詳細がより鮮明になることを発見した。

大学:ギルバートは MIT で新入生としてスタートします。物理学か生物物理学を専攻する予定です。

マシュー・フェダーソンとブレイク・マーグラフ

高校：カリフォルニア州ラファイエットのアカラネス高校
発明:スズベースの癌治療

マット・フェダーセンさんとブレイク・マーグラフさんは、5年生のころから裏庭で一緒に爆破実験をしてきた。「僕たちは2人ともとても我慢強い両親に育てられた」とマーグラフさんは言う。高校3年生のとき、2人は正式な実験の世界に入った。ある教師が、原子力発電所の欠陥のあるスズ製シールドがどういうわけか放射線を増幅していると話した。家族にガンと闘った経験を持つフェダーセンさんとマーグラフさんは、スズを使って二次的なX線量を作り出し、最初の線量を増強して放射線治療の効果を高めることができないかと考えた。高校の生物学研究室で、生徒たちは酵母で作った模擬腫瘍にスズの微粒子を注入した。X線が金属に当たると、欠陥のある核シールドの場合と同じように放射線の第二波が発生したが、今度はさらに細胞を焼き尽くした。この治療により、従来の放射線治療よりも20％以上多くの細胞が死滅したが、費用は患者1人あたりわずか60セントだった。フェダーセン氏とマーグラフ氏は、大学に進学したらこの治療法を人間の細胞でテストする予定だ。

大学：フェダーセンさんはイリノイ大学に1年間通い、MITに編入する予定。マーグラフさんはセントルイスのワシントン大学に入学する。

ジャオケ・チンリー

高校：ニューヨーク州ニューヨーク市スタイヴェサント高校
発明:人間とロボットの音声対話のためのアクティブノイズキャンセリング

ジャオケ・チンリー氏は、2006年にDARPAの自動運転車のコンペティション「グランドチャレンジ」に関するテレビ番組を初めて見て以来、人工知能に魅了されてきた。高校生の時にMITのコンピュータサイエンスおよび人工知能研究所の夏季研究プログラムに応募し、その年の研究所の主要プロジェクトの1つであるPokeyと呼ばれる自動フォークリフトの開発に携わった。ロボットは人間の言語の微妙な抑揚を処理するのが難しく、特に背景雑音が多い場合には困難を極める。建設現場で動作するように設計されたPokeyは、音声による指示と人間の話し言葉と同じ周波数を持つ周囲の雑音を区別できなかった。チンリー氏は、音声処理に必要な数学とコンピュータサイエンスを応用する方法を独学で学んだ後、背景雑音を除去するアルゴリズムを開発した。このプログラムはPokey以外にも応用できる可能性があり、将来的には音声操作の車椅子などに組み込むことを望んでいる。

大学： 1年生を飛び級した16歳のチン・リーさんは、この秋、ハーバード大学の1年生として入学し、コンピューターサイエンスと機械学習を学ぶ予定です。

ハビエル・フェルナンデス・ハン

高校：ホームスクール、テキサス州コンロー
発明:廃棄物、食品、エネルギーのオールインワンシステム

2005 年に日本で開催された世界博覧会を訪れた際、ハビエル・フェルナンデス・ハン氏とその家族は国境なき医師団が作った模擬難民キャンプに遭遇しました。「飲料水、食料、住居のない状況で人々が暮らしていることを知りませんでした」と彼は言います。「持続可能な生活のためのシステムに焦点を当てたいと思ったのです。」 2009 年、15 歳になった彼は、水ポンプや水洗トイレなどの既存の装置や改造した装置を統合し、発展途上国の難民キャンプや小さな村のためのオールインワン システムに取り組み始めました。彼の発明品には、汚水処理、メタンなどの有害ガスを藻類の燃料に変換する機能、家畜の餌となる酸素と藻類バイオマスを生成する機能などがあります。その年の後半、彼はその装置でアショカ・レメルソン優秀賞を受賞しました。すぐに彼は疑問を持ち始めました。自分一人でこのシステムを作ったのなら、発明家チーム全員で何ができるだろうか?彼は、Inventors Without Borders と Innovation Foundry という 2 つのグループを設立しました。これらのグループでは、飢餓、教育へのアクセス不足、大気汚染などの問題に若者が協力して取り組んでいます。

大学：フェルナンデス・ハンさんはスタンフォード大学で工業デザインを学ぶことを希望しています。

ガブリエル・シー

高校：ワシントン州サマミッシュのルネッサンス芸術推理学校。
発明:自動 DNA 組み立て用レゴ ロボット

ガブリエル・シーは9歳のとき、高校のロボット工学チームに参加した。11歳までに、学区内の高校で開講される理科と数学のコースをすべて修了し、ワシントン大学の学部と大学院に入学した。シーは、いくつかの市販の液体処理システム（ロボットアームと電動ピペットを使用して液体を正確な量で測定、転送、制御する装置）を扱ったことがあったが、その装置が1万ドルから5万ドルもするため、最も資金力のある研究室以外には手が届かないことをわかっていた。そこで、大学の病理学研究室で、彼はレゴ マインドストームのプログラム可能な組み立て玩具を使ったシンプルなシステムを発明した。1年以内に、彼はカーネギーメロン大学ロボット工学研究所のファームウェアと自分で書いたソフトウェアを使ってシステムを完成させた。このシステムは、DNAアセンブリなどのプロジェクトで求められる量である、わずか5マイクロリットル（ボールペンの先より少し大きい）を転送できる。このシステムの価格はわずか 750 ドルで、小規模な大学や新興企業でも購入できる。この装置は MIT の 2009 iGEM コンテストで銀メダルを獲得した。

大学：シーはまだ車の運転を習ったりプロムに行ったりする必要があるが、すでにMITで計算生物学を学ぶことを望んでいる。

サラ・ヴォルツ

高校：コロラド州コロラドスプリングスのシャイアンマウンテン高校。
発明:藻類由来バイオ燃料の効率向上

サラ・ボルツは、自分はコロラドの「お堅い」ティーンエイジャーではないと断言する。家族とハイキングやスキー、キャンプをするが、実験に時間を費やすことを好む。ボルツは幼いころから化石燃料の消費をなくす手助けをしたいと決め、7年生のときに代替燃料の勉強を始めた。高校1年生のとき、藻類ベースの燃料に関するいくつかの論文を読む前に、ヘンプオイルをバイオ燃料の潜在的な供給源としてテストし始めた。地元の代替燃料エネルギー会社や研究所を説得して、この分野と設備に慣れてもらった後、自宅で藻類を育てるための光バイオリアクターと新しい培地を準備した。彼女は成長条件を操作して藻類の窒素供給を制限し、この操作によって藻類がより多くの油を蓄積できるようにする酵素の転写が促進されるのではないかと考えている。「池の藻から油を作るというアイデア全体がとても魅力的です」と彼女は言う。次に彼女は、酵素の遺伝子の余分なコピーが藻類の油生産量を増加させるかどうか、つまり1エーカー当たりの油の収穫量の増加につながるかどうかをテストする予定だ。

大学：ボルツさんは、研究に力を入れているアイビーリーグか小規模の文系大学に進学したいと考えています。生化学か分子生物学を学ぶ予定です。