Arjun阿加瓦尔
斯托勒中学(Stoller Middle School) 7年级
俄勒冈州的波特兰

一种基于机器学习的有害藻华(HABs)早期检测和预测创新方法

项目背景:水中有害的藻华(HABs)会杀死鱼类，使人生病，并导致海滩关闭。阿琼在与家人度假时，收到了健康警告，禁止他前往佛罗里达的海滩，这促使他开始调查有害藻华。他了解到，不断加剧的全球变暖和污染已经导致HABs成为一个更大的问题，给美国经济带来了巨大的代价。目前基于卫星图像的预测只涉及美国所有水体的0.6%。因此，阿琼决定使用机器学习来分析自动化传感器和浮标已经收集到的大量数据，并预测hab的发展。

策略和结果:Arjun发现，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)目前最先进的模型使用超级计算机、卫星图像和水流统计数据来预测未来4天的HAB发展。为了扩展这一点，阿琼在他的家用电脑上利用公开的水质数据开发了一个机器学习模型，并测试了被收集到的每个变量的影响。他发现，使用统计标记而不是原始数据改善了他的预测。阿琼对4天的预测与NOAA的预测差不多准确，但他可以将预测范围扩大到7天，准确率高达86%。此外，阿琼认为他的模型可以在全国范围内应用，尽管它可能需要进行修改，以纳入污水和化肥径流是HABs的主要贡献者的站点的数据。

其他爱好:阿琼喜欢下棋、弹钢琴、羽毛球和游泳，也喜欢参加数学比赛。他还是连环画《加尔文与霍布斯》的狂热粉丝。他打算成为一名计算机科学家，这样他就可以追求他在数学和解决问题方面的双重兴趣。

塞巴斯蒂安Rae亚历克西斯
Sierra Vista中学7年级
加州欧文

使用SARS-CoV2的有效繁殖号(Rt)来188bet金宝搏官网量化封锁措施的有效性

项目背景:加州的COVID-19安全措施要求封锁，但引发了一些人的抗议，他们认为这些措施无效，没有意义。塞巴斯蒂安通常被称为Sebe，他决定寻找科学证据，看看县一级防范禁闭是否有效。在做了研究之后，他“偶然发现”了一个使用“有效繁殖数(R)”的数学模型，它的起点衡量的是病毒在人群中传播的初始速率，然后随着时间的推移以及病毒是否繁殖而变化。

策略和结果:塞贝一开始的假设是，封锁会改变新冠病毒的接触和传播率。他开始使用一个病毒传播模型来计算封锁的有效性，该模型有四个组成群体:易感人群、暴露人群、传188bet金宝搏官网染性人群或康复人群。塞贝从奥兰治县最初记录的R值开始，随着州封锁的继续，跟踪了R值的变化。他的结果显示，在COVID-19暴发的早期阶段，该县的第一个R值很高(3.22)。这表明存在明显的病毒。然而，在采取了国家一级的安全措施后，繁殖数显著下降到0.67。他说，这一减少表明了限制流动的好处，封锁成功地减缓了新冠病毒在南加州他所在地区的传播。

其他爱好:Sebe是一名花样滑冰运动员，喜欢冰上曲棍球。他希望继续学习行为科学，这样他就可以进一步探索人类思维、意识和本能的运作方式。他说，还有很多未知之处，需要更多的研究。

朱迪艾丽亚娜一直呗
七年级，克莱格中学
安阿伯市密歇根

COVID-19肺癌相关风险基因的计算预测

项目背景:朱迪的研究受到了天生的好奇心和父母事业的强烈影响。188bet金宝搏官网她的父亲是一名遗传学研究人员，她的母亲为患有癌症等肺部疾病的老年患者工作。在Judy得知她母亲的几名病人死于COVID-19后，她想知道原因。是否有一些与肺癌相关的基因也是COVID-19的靶标?基于她对数学的热爱和她强大的计算机技能，她有动力通过分析目前可用的数据库来找到答案，这是一个被称为生物信息学的科学领域。

策略和结果:通过阅读之前的研究，Judy了解到，在有疾病的人身上，基因的表达水平往往不同。这意味着，病变细胞，比如癌细胞，会比健康细胞产生或多或少的基因。这使得它们无法对冠状病毒等入侵者做出反应。然后她推断，在肺癌中表达不同的基因在COVID-19病例中应该有相同的表达。在她的研究中，朱迪从一个国家数据库下载了肺癌的数据。然后，她确定了下调的基因，这意味着细胞产生的其中一种成分减少了，比如蛋白质。然后，她对蛋白质相互作用和患者生存率进行了一系列的计算机分析。她发现，肺癌中被下调的基因在COVID-19病例中也被表达不足。她的结论是，这些基因导致了肺癌和冠状病毒疾病的同时发生。未来，她希望利用机器学习找到更多与这两种疾病相关的基因。

其他爱好:朱迪喜欢烘焙，她说烘焙需要的专注力就像冥想一样，可以帮助她放松。作为一名综合运动运动员，她承认花样滑冰和体操是她的最爱。她的职业目标是成为一名医生，并通过确保她的病人得到尽可能好的医疗护理来挽救生命。

克拉拉崔
八年级，奥兰治县艺术学校
加州圣安娜

虚拟学习的脑电图研究显示学习结果恶化和镜像神经元激活更高

项目背景:克拉拉的梦想在她被旧金山芭蕾舞学校的强化训练项目录取后实现了，因为大流行，该学校是在线授课的。令她惊讶的是，她发现学编舞很困难。于是，同样对神经科学感兴趣的克拉拉决定研究一下，大脑对虚拟学习和亲身学习的反应是否会有所不同。她读了一篇关于芭蕾舞者和镜像神经元的文章，镜像神经元是一种脑细胞，在特定动作被执行时和仅被观察时，它们会做出反应。然后，她决定研究镜像神经元的激活在虚拟和真人舞蹈训练中是否有所不同。

策略和结果:Clara的理论是，在虚拟训练中神经元的活动水平会较低，这将导致较差的学习结果。为了测量神经元的活动，她使用了一种特殊的耳机，它可以追踪来自镜像神经元存在的大脑区域的波。然后，她招募了8名研究参与者，让他们在坐着观看舞蹈老师演示两种不同的舞蹈动作时记录脑电波，一种是亲自演示，另一种是记录下来的。然后，每个人都被要求表演这些动作，并根据他们的表现打分。当克拉拉分析她的数据时，她发现参与者在虚拟舞蹈课之后得分明显下降，这支持了她的理论。但她关于神经元活动的假设是不正确的。在虚拟训练中，神经元的活动并没有被抑制。它明显更高，可能是由于增加了所需的脑力劳动。

其他爱好:克拉拉是一名竞技性舞者，她从两岁开始接受训练。她学习嘻哈、爵士、交际舞、当代舞和踢踏舞，是一个预备职业芭蕾舞团的成员。克拉拉希望成为一名神经科学家，追求她对大脑神经可塑性和恢复大脑功能的兴趣。

Ryka c·乔普拉
威廉·霍普金斯初中七年级
加州弗里蒙特

尾巴摇狗，毕竟?肥胖群体及其对快餐连锁新加盟商掠夺性选址的影响

项目背景目前，肥胖是美国可预防死亡的第二大原因，美国国立卫生研究院认为，每年约有30万人死于与肥胖相关的疾病。消费者研究已经确立了吃快餐和肥胖之间的紧密联系。在Ryka看了一部关于这个主题的纪录片后，她决定调查快餐连锁店的商业行为是否会在肥胖率已经相对较高的地区开设新的餐厅，从而增加弱势人群的快餐供应。

策略和结果:Ryka使用了美国2017个县的快餐分店的数据，并将其与2016-2017年的肥胖数据进行了比较。她首先对快餐店和肥胖人群的聚集区进行地理编码。她在她的样本中测量到的平均肥胖率为28.7%，并发现在2019-2020年，一个集群的肥胖率每增加1%，就会在该集群2英里半径内开设2.7家新的快餐分店。她观察到，新分店的集中度最高的地方是在肥胖聚集区半径1.5到2英里的范围内，在超过3英里的范围内逐渐减少。根据她的研究，Ryka想知道，靠近肥胖聚集区是否表明了在附近开设新快餐店的商业意图。

其他爱好:Ryka是一名狂热的中提琴手和钢琴家，当她在纽约市卡内基音乐厅进行拉赫玛尼诺夫独奏表演时，她实现了童年的梦想。她喜欢科学碗和学生会，还喜欢在一家老年护理中心做志愿者。

凯瑟琳·吉尔克莱斯特
奥瑞菲尔德中学七年级
所需的

成功的礼服:哪种面料的褶皱效果最好?

项目背景:凯特对时尚和面料的热爱启发了她的研究。纺织品是一种编织的织物，它有很多用途，因为当它们铺在另一个物体上时，它们大致符合物体的形状。然而，一种织物的确切弯曲和折叠，也就是所谓的垂度，取决于织物的特性，包括其重量、尺寸和灵活性。一种面料的褶皱方式对于很多用途都很重要，比如可折叠太阳能电池板。凯特希望弄清楚，一件被悬挂的布料，随着尺寸的增加，是否有一个可预测的折叠面积和折叠次数。

策略和结果:凯特测试了六种面料:棉质、薄纱、斜纹、缎子、法兰绒和羊毛，它们的重量和密度都非常不同。她把每一种面料都切成越来越大的圆圈，然后用鱼竿和鱼钩把每一种面料从中心提起来模拟悬垂效果。她分别测量了每件布料被悬挂前后的面积，然后数了数布料上形成的褶皱数。她使用图像分析软件来确定布料在平放和被悬垂时相对面积的变化。她发现，当她增加一个织物圆圈的半径时，它在被悬挂时形成了更多的褶皱，当圆圈达到一定大小时，褶皱数量达到最大值。凯特将褶皱的数量与织物的密度相关联，并表示她的研究为那些选择服装或其他使用织物的产品(如太阳能电池板和降落伞)提供了一种预测工具。

其他爱好:凯特学习德语、西班牙语和法语，会弹钢琴、大提琴、萨克斯和单簧管。她还喜欢机器人和艺术俱乐部。她希望有一天能成为一名时装设计师。

戈登埃蒙
Goleta Valley初中8年级
加州Goleta

评估语音起始时间对英语辅音感知的影响

项目背景:人类要在说话时发出辅音的声音，身体必须执行两个步骤的过程。首先，说话者必须闭上或收缩嘴巴。对于许多辅音来说，这导致声道内的压力增加。在那之后不久，说话者张开嘴，但在声带开始振动并发出下面元音的声音之前，声道中的压力必须降低。这段从释放嘴巴的收缩来发出辅音到发出下一个元音之间的短暂时间，被称为“语音起始时间”(Voice Onset time, VOT)，这也是埃蒙研究的主题。

策略和结果:埃蒙招募了一些受试者，测试改变VOT的长度是否会影响他们对英语辅音的感知。他使用了两对单词，“tab”和“dab”，以及“tad”和“dad”，它们的拼写不同，但开头的辅音只有细微的差别。然后，他会见了被试者，这是一项因新冠肺炎的限制而变得复杂的任务，并播放了测试单词的录音，但将VOT从6毫秒更改为最大56毫秒，以判断其对辅音感知的影响。当他对他的初中受试者进行调查时，他的结果表明，当埃蒙将VOT延长到超过某个阈值时，他们改变了对单词的感知。例如，调查应答者开始感知“tab”而不是“dab”。Eamon项目的研究结果表明，VOT在年轻人(包括会多种语言的人)试图区分英语中相似的声音时至关重要。

其他爱好:埃蒙创建了一个矿物学网站，称这让他能够将自己对矿物学之美的欣赏与网站设计结合起来。他希望成为一名经济学家，因为这门学科涉及到他的两个爱好:数学和金融。

查尔斯·亨利·戈尔曼
六年级,自主学习
名加利福尼亚州

泵和情况

项目背景:查尔斯的绰号叫奇普(Chip)，他开始做这个项目是为了安抚一位不满的邻居，这位邻居被奇普新家后面的游泳池水泵的噪音所困扰。尽管噪音在城市的要求范围内，Chip还是决定设计并建造一个罩在泳池泵上的外壳，以掩盖噪音，防止它成为邻居的讨厌之物。他测试了四种衬里材料——气泡膜、瓦楞纸板、泡沫聚苯乙烯和地毯——看哪一种吸收声音的效果最好。

策略和结果:奇普的假设是，在他测试的四种材料中，地毯衬里降低分贝读数的效果最大。但在他进行实验之前，他必须设计和建造一个可以承受各种因素的外壳，允许方便地使用过滤器进行清洁，并且不会阻碍防止电机过热的气流。Chip先用海报板和泡沫板制作了原型，然后测量和切割胶合板，用铰链组装盒子。他用胶水将每种材料粘在盒子内部，然后用手持数字声级计测试邻居家后院传来的噪音。他的数据表明他的假设是正确的——地毯吸收声音的效果最好，其次是硬纸板、气泡膜，最后是泡沫聚苯乙烯。

其他爱好:奇普喜欢做动画、游泳、电子游戏和阅读。他还会弹钢琴，还是他所在教堂的祭台服务员。Chip希望成为一名软件开发人员，因为他相信自己可以创造出故事情节更好的电子游戏。

Sohan Govindaraju
斯托勒中学(Stoller Middle School) 7年级
俄勒冈州的波特兰

利用SIR模型预测野火蔓延的新数学方法

项目背景:在2020年,Sohan的家乡俄勒冈州遭受了森林火灾的困扰，与此同时，COVID-19大流行正在世界各地肆虐。Sohan意识到，尽管森林火灾和流行病在本质上非常不同，但它们有很多共同之处。它们都有一个发源的中心点，向外扩散，随着时间的推移，它们的规模会呈指数级增长。Sohan想知道，这些相似之处是否意味着一种通常用于预测疾病扩散的数学模型，即SIR模型，可以用于预测野火的蔓延，燃烧的树木承担了患病个体的角色。

策略和结果:Sohan利用两起俄勒冈州森林火灾的公开数据创建了他的模型。他假设所有燃烧区域在评估火灾强度时都同样重要，并添加了两个自变量，以纳入会导致火灾规模增加(如风速等因素)或规模减少(为控制火灾所采取的措施)的方面。Sohan手动更新了易受影响、燃烧或烧毁的树木的每日值，然后调整自变量的值，直到结果与实际发生的情况相似。然后，他探索了一种情景，即第一反应人员对风速增加的预测反应更快，并比实际情况提前一天开始采取遏制措施。他的模型表明，整体火灾强度将降低50%，这表明使用SIR模型和气象预报可能对野火管理有用。

其他爱好:Sohan对机器人技术充满热情，还是一个超级体育迷。他还帮助印度一家非盈利组织为儿童书籍绘制插图，该组织向那里的部落儿童教授英语。他教过小学生国际象棋、科学和数学，并非常期待成为一名科学教师。

加芙Guerra桑切斯
七年级，丁尼生中学
德克萨斯州韦科

你能听到吗?你看到了什么?

项目背景:Gaby研究的灵感来自于她自己注意到的一件事:戴着耳机听音乐对她看待周围环境的方式有深远的影响。当音乐的风格发生变化时，她对周围世界的感知也发生了变化。她想知道其他人是否也受到了同样的影响。作为一名画家，加比也想知道音乐可能会如何影响人们看待艺术的方式。她相信会的。为了找到答案，她决定基于改变艺术装置的背景音乐会改变观看者的视角这一假设进行研究。

策略和结果:Gaby的研究数据来自学生们在听音乐和观看Gaby创作的一幅原创抽象画后填写的一份调查问卷的反馈。背景音乐是唤起不同情绪的五首流行歌曲。因为Gaby是一个在家学习的人，所以她依靠老师来进行实验。老师会展示这幅画，播放其中一首歌曲，让学生填写调查问卷。数据收集了6天，5天有音乐，1天没有。加比在分析数据时发现，57.8%的情况下，学生的视角在听音乐时发生了变化，而且在第一天变化最大，而在没有音乐的那天变化最小。她相信，她的工作可以为商店、餐厅和医院带来更合适的音乐选择。

其他爱好:除了画画和绘画，Gaby一直在学习弹电吉他。她也在学习拳击，这让她得到了很好的锻炼，也让她有了和父亲在一起的美好时光。喜欢推理剧和犯罪剧，喜欢解谜，Gaby倾向于成为一名法医科学家。

Anneliese萧
美国传统学校七年级
种植园,佛罗里达

热车内饰对洗手液酒精含量的影响

项目背景:Anneliese注意到她家里车里的洗手液泵分配器一直在滴水，她想知道酒精是否会因为车内的高温而泄漏。在佛罗里达州，没有遮阳的汽车内部温度可高达80摄氏度(176华氏度)。她了解到，洗手液应该含有至少60%的酒精才有效，并决定确定在长时间暴露在高温下后，洗手液是否仍然有效。Anneliese将各种容器(塑料、泵、喷雾瓶和翻转罐)中的洗手液放入烤箱中加热，温度为80摄氏度。她的对照组包括装有水或99%异丙醇的类似瓶子和室温下的瓶子。

策略和结果:Anneliese使用比重计测定了每个容器的近似酒精含量。她发现，开瓶或盖松的瓶子蒸发损失的酒精最多;这些瓶子里的洗手液变得无效，因为酒精含量降至28.3%，远低于推荐的60%。由于从喷口和瓶子的翘曲处滴漏，泵瓶失去了很多液体，这些瓶子的酒精含量有所下降。喷雾瓶和掀盖瓶的体积或酒精含量损失最小。最重要的是，研究结果表明，如果洗手液瓶没有安全的瓶盖放在炎热的汽车中约两周或更长时间，它们可能不再有效杀灭细菌，应该更换。

其他爱好:Anneliese非常自豪自己赢得了佛罗里达音乐俱乐部联合会钢琴协奏曲比赛的冠军——两次!作为动物保护协会的志愿者，她还喜欢跳舞，花时间和动物们在一起。对动物的热爱让她计划成为一名兽医。

卢卡斯卡茨
七年级，Joaquin Moraga中级学校
东湾,加州

水下机器人和浮动基站之间的水下无线数据和能量传输

项目背景:卢卡斯的灵感来自于观看的两个视频。在第一个视频中，一名男子将手电筒连接到音频插口电缆上，将太阳能电池板连接到扬声器上，然后利用手电筒的光束传输和播放音乐。第二段视频是关于无人水下航行器(uuv)搜索飞机残骸的，视频显示，uuv必须频繁被拾取，以便充电并下载数据。卢卡斯推断，结合这两个概念，应该可以使用漂浮的光能基站来发送能量和检索数据。

策略和结果:卢卡斯调查了使用人造光进行水下无线通信和能量传输的可行性。他研究了利用不同波长的可见光进行水下传输，以及利用光伏电池在水下传输数据和能量的可能性。基于他的研究，他设计并建造了一个水下系统原型来演示这项技术。该系统包括一个水下航行器模型和一个基站，配备了他制造和测试的远程控制光电池和led。他使用大功率LED将数据以及基站的光传输到太阳能电池，为UUV的电池充电。卢卡斯希望这一概念能够帮助“海床2030”(Seabed 2030)——一个利用无人浮子和交通工具绘制海底地图的国际项目——提供一种更简单的方式来传输能量和数据。

其他爱好:卢卡斯喜欢山地自行车和徒步旅行，喜欢做饭、打篮球和拳击。他还喜欢举重和弹吉他。卢卡斯希望有一天能成为机电工程师和科技企业家。

Atreya Manaswi
8年级，奥兰多科学学校初中/高中特许学校
佛罗里达州奥兰多市

寻找最新颖、安全、有机的方法来吸引小蜂房甲虫并提高蜜蜂力量(第二年研究)

项目背景:两年前，在和一个朋友以及朋友的祖父钓鱼时，阿特蕾娅了解到蜜蜂的困境。这位80岁的养蜂人含泪向他讲述了蜜蜂和蜂蜜产量的急剧下降。致力于帮助的Atreya在了解到80%的农作物由蜜蜂授粉，它们数量的减少可能会影响到全球的粮食生产后，更加致力于寻找解决蜜蜂死亡的方法。去年，他在佛罗里达大学开始了他的研究，在那里他研究蛋白质补充剂是否可以提高蜜蜂的免疫力，改善它们的健康。

策略和结果:Atreya重点研究了小型蜂房甲虫，这是一种来自非洲的掠食者，20年前首次在佛罗里达被发现。大量的这种甲虫会导致蜜蜂抛弃它们的蜂巢。他了解到，有两种方法可以在蜂巢内摆脱甲虫;诱捕或用化学物质毒死它们，这需要极其小心地保护蜜蜂和养蜂人。阿特蕾娅更喜欢有机诱捕法。因此，他测试了苹果醋(目前使用的有机选择)、芒果泥、哈密瓜泥、活性干酵母、花生油、干葡萄籽和啤酒，并以一个空陷阱作为对照。每种引诱剂在三个蜂箱中进行了测试。在六周的时间里，他每周都会收集被困住的甲虫，并在厨房实验室里清点它们的数量。他发现，啤酒的功效是醋的33倍。美国农业部已经拨款给他，让他在明年对这种方法进行进一步的研究。

其他爱好:拥有跆拳道二级黑带的Atreya也喜欢击剑，因为“快速防守或有力攻击带来的肾上腺素激增”。他对生物及其生态系统的相互作用很感兴趣，希望通过从事生物学方面的职业，以“伟大的方式”改变世界。

Vihaan Paliwal
6年级，Carden Cascade Academy
晚宴过后,俄勒冈州

别那样开车，再等一天!

项目背景:每年有超过3000人死于分心驾驶。在他家的车在红灯时被一个正在使用手机的年轻司机撞了之后，Vihaan决定研究这个课题。他发现，有时乘客甚至没有意识到自己的生命处于危险之中，因为他们乘坐的汽车的司机心不在焉或喝醉了。(酒驾更危险，每年造成1万多人死亡。)受到这样的启发，Vihaan开始建立一个系统，如果司机分心或醉酒，该系统会警告车内所有人。

策略和结果:首先，Vihaan设计并制造了一个小系统，它可以感知司机是否双手握着方向盘，如果司机把手拿开太久，就会发出警报，而司机在分心时就会这么做。在测试了各种材料后，他利用方向盘上的触摸传感器和一台小型计算机构建了自己的系统。随后，Vihaan在他的系统中增加了第二个模块，用于检测酒驾。为此，他在车内安装了两个酒精检测传感器。在实验中，他的原型车成功检测到1%到95%的空气酒精浓度，并对方向盘传感器进行了少量修改，在测试中达到100%，尤其是在较低浓度的情况下。他把这个简单又经济的原型称为车轮集成风险消除(WIRE)系统，并表示它可以很容易地安装在现有的汽车上。

其他爱好:Vihaan是巴尔的摩乌鸦队的超级球迷，他可能可以回答任何关于这支球队的问题。他也喜欢一年四季踢足球，风雨无阻。他特别喜欢那些他的足球队一起努力踢出最好比赛的日子。在未来的岁月里，他想从事科学方面的事业。

Avi帕特尔
托马斯·杰斐逊中学六年级
新泽西州的费尔草坪

视障人士的B2B系统

项目背景:美国有1200万视障人士，他们中的许多人都喜欢骑自行车，但他们的选择有限。对许多人来说，唯一的选择就是骑双人自行车，但这样做缺乏给视力正常的骑车人带来快乐的独立性。为视力障碍人士设计的传统自行车系统涉及到皮带或某种附件，但阿维和他的队友安什·塞加尔(Ansh Sehgal)设计了一种电子系统，可以抛弃皮带，让失明的骑车人也能以一种安全、可靠和廉价的方式独立、自信地骑行——没有任何附加条件。

策略和结果:阿维的系统需要两辆自行车:一辆是驾驶自行车，另一辆是独立的，接受安全转向指令。视力好的人会骑在视力受损者前面的驾驶自行车。这两款自行车都有电子元件，可以让骑车人使用从飞行员那里收到的电子指令进行驾驶。该系统包括一个陀螺仪、一个GPS和一个无线电频率装置，可以不断向被引导的骑车人发送指令。多轮测试显示，该系统的每个版本都有所改进。经过修改，制导延迟时间从5.25秒下降到3.0秒，再下降到0.85秒。不过，出于安全考虑，目前的延迟时间仍然太长，在系统准备投入实际使用之前，还需要进行一些调整。他计划继续改进，但目前，两辆自行车的整个系统只需要60美元左右。

其他爱好:阿维是一个狂热的远足者，喜欢足球。在学校，他是艺术俱乐部和机器人俱乐部的成员。他希望有一天能成为一名律师，专攻技术问题，这样他就可以继续追求自己目前的爱好。

Samhita Pokkunuri
卡尔·桑德伯格中学八年级
新泽西州的老桥

一种用于新药研发的新型图神经网络:胶质母细胞瘤的案例研究

项目背景:新药的发现可能需要多年的研究，花费数十亿美元。这一过程的关键一步是找到有效的药物-靶点组合，使新药能够完美结合蛋白质上的靶点。目前预测药物-靶点相互作用(DTI)的方法涉及到寻找目标蛋白质中药物分子结合的最佳部分。然而，并不是所有的靶标都具有这样的3D蛋白质结构。预测DTI的另一种方法是使用机器学习系统，但目前使用该软件的药物发现方法可能难以解决蛋白质-蛋白质和药物-药物之间的联系。

策略和结果:Samhita使用了一种不同类型的神经网络(一种模仿人类大脑和神经系统的计算机系统)，它包含灵活的虚拟连接(超节点)，而不是传统机器学习系统中使用的那些。这些超节点可以“学习”准确预测药物-蛋白质的相互作用。Samhita使用一个公开可访问的 数据库 ，其中包含已经测量到的结合亲和性，Samhita使用80%的可用数据训练她的模型，并与另外20%的数据进行测试。然后，她用她的模型搜索神经系统癌症胶质母细胞瘤的药物-靶点相互作用。她的机器学习模型表现非常好，找到了17个药物靶点，其中两个已经获得了FDA的批准，用于治疗胶质母细胞瘤。这比现有机器学习模型的性能提高了15%。她认为，她的模型可以用来帮助加速新药的发现。

其他爱好:Samhita会拉小提琴，跑越野和田径，还会和一个机器人团队比赛。她还喜欢表演印度古典的Kuchipudi舞。她对计算机科学有着“无与伦比的热情”，这将使她能够不断地应用技术来帮助解决现实世界的问题。

他拉詹
休斯顿中学8年级
田纳西州的日耳曼敦

使用计算机算法为最佳结果定制面具

项目背景:当Nipun通过N95口罩得知他年迈的祖母呼吸困难，COVID-19已经成为他家人日常生活的一部分时，他决定做点什么。通过研究，Nipun发现，口罩不仅是老年人的问题;它们还会让肺活量有限的人呼吸困难。这可能包括非常年幼的儿童、孕妇和患有哮喘和其他呼吸障碍的人。他质疑，有没有可能定制设计口罩，以满足佩戴者的特殊需求，并充分过滤冠状病毒?

策略和结果:Nipun自己设计了测试设备，并为他的研究编写了算法。为了测试不同的口罩材料，他将水通过织物喷到一个黑盒子里，在黑盒子里，液滴被激光照射，并用自制的光度计记录亮度:图像越亮，过滤效果越差。通过从不同距离喷洒水滴，他确定了社交距离的效果。为了弄清肺活量降低的人是否可以通过不同的材料呼吸，Nipun仿造了一种用于测试肺功能的装置，设计了一个峰值流量计，并将自行车打气筒设置在不同的压力下，以代表不同的肺活量。在分析数据后，他发现较厚的口罩比较薄的口罩更有效，但社交距离可以提高较薄口罩的功效。他还发现，有效的口罩可以为肺功能有限的人定制。

其他爱好:Nipun是一名小提琴手，喜欢阅读历史和户外徒步旅行。但他真正的爱好是研究他最喜欢的学科，比如解剖学和生理学、遗传和流行病学。在抗击疫情最前线的医生的激励下，他希望成为一名医生。

伊丽莎白·赖利
七年级，圣马太天主教学校
得克萨斯州圣安东尼奥市

水蛭唾液和石寿在糖尿病伤口炎症和愈合中的作用

项目背景:Lizzie亲眼目睹了糖尿病的肆虐，这是一种代谢疾病，会导致血液中的葡萄糖水平达到危险的高水平。她的祖父也患有这种疾病，它影响了他的视力和记忆力，导致了中风，并导致他的伤口无法愈合。由于对医学有着浓厚的兴趣，Lizzie决定研究伤口愈合的复杂问题，她选择将研究重点放在两个对愈合有积极影响的机制上:减少炎症和改善伤口部位的循环。

策略和结果:Lizzie的研究目的有两个方面:一是观察已知能消炎的草药石寿和能减少血块、改善循环的抗凝血剂水蛭唾液是否能促进糖尿病患者的伤口愈合和组织再生。她在糖尿病涡虫和非糖尿病涡虫上测试了自己的理论，涡虫是一种以再生能力著称的扁形虫。为了创造一个糖尿病模型，Lizzie将她的扁形虫暴露在蔗糖溶液中五天。然后，她将其中一些扁虫切成两半，用水蛭唾液或两者混合处理。另一些则不加处理作为对照。她连续20天每天观察和测量扁形虫，发现单独使用石寿和水蛭唾液显著提高了扁形虫的再生率，但两者结合使用效果更好。根据她的研究，她认为一种由石寿和水蛭唾液混合制成的药膏可以改善糖尿病患者的伤口愈合。

其他爱好:在Lizzie喜欢的事情清单上，排在第一位的是科学俱乐部、体操(她从三岁开始练体操)和撑杆跳，因为这和她的体操训练有联系。从能说话的那一刻起，Lizzie就梦想着成为一名医生，尤其是儿科外科医生。

Akilan Sankaran
八年级，阿尔伯克基学院
新墨西哥州阿尔伯克基

关于高可整除数的探索与分析

项目背景:喜欢数学的阿基兰决定做一个关于高可整除数的项目，也被称为“反质数”，早在柏拉图时代，无数研究人员就对其进行了研究。很多人对素数都很熟悉，素数只能被自身和1整除。然而，反质数能被比它小的任何数除除的数都多。

策略和结果:近年来，数学家们开始根据反素数的“光滑程度”来区分它们。在除数中包含更少质数的反素数被认为更光滑。阿基兰决定研究如何扩大光滑反素数的数量。他分析了用于发现越来越大的反素数的技术，然后利用这些信息创建了一种新的函数类——光滑类——来衡量一个数字的光滑性和可除性。他详细的分析使他能够找到一个公式，来表征优越的记录设定者(最高可整除数)。根据这个公式，他编写了一个计算机程序，可以高效、快速地计算出长度超过1000位的平滑反素数。

其他爱好:阿基兰凭借钢琴协奏曲在2018年Jackie McGehee青年艺术家大赛中获得第一名。他还喜欢吹长笛和打鼓。他希望成为一名天体物理学家，这样他就可以把自己最喜欢的三个话题:物理、数学和空间科学融合在一起。

约瑟芬·e·舒尔茨
布拉德利中学8年级
得克萨斯州圣安东尼奥市

光污染对彩蝶蝶蛹阶段的影响

项目背景:作为卖女童子军饼干的奖励，外号Jo的约瑟芬(Josephine)获得了一套蝴蝶花园套装，其中包括五只彩绘的女蝴蝶毛虫。乔知道白天的几个小时会影响昆虫的行为和它们的生物钟，所以她想知道她德克萨斯州的家周围比平时更亮的夜空是否会影响毛毛虫转变为蝴蝶的方式和时间。这启发了她去获取更多的毛毛虫，这样她就可以研究延长的光周期是如何影响蝴蝶的蜕变的。

策略和结果:为了测量光污染对彩绘雌蝶生命周期的影响，Jo将她的40只毛毛虫随机分配到四组中的一组，并将它们暴露在不同的光循环中，从全光到几乎完全黑暗，包括基于圣安东尼奥季节性自然光转移的光循环。接受光照最多的那组昆虫最先形成了蛹(毛毛虫为了能变成蝴蝶而创造的坚硬的保护壳)。每天只有9.5小时光照的那一组最后形成了蛹，比最快的那一组晚了1.5天。之后，接受24小时光照的那组是第一个变成蝴蝶的，而且几乎比最后一组早了两天。有趣的是，没有光照的那一组是第二快的。乔担心这些变化可能会导致蝴蝶错过一些植物关键的开花时间。

其他爱好:Jo是一名女童子军，也是德克萨斯州动物保护联盟的志愿者。她喜欢绘画、阅读、游泳和音乐——她会弹钢琴、小提琴和吉他。乔希望成为一名环境工程师，帮助解决全球变暖、污染和栖息地丧失等问题。

Ansh Sehgal
托马斯·杰斐逊中学六年级
新泽西州的费尔草坪

专为视障人士而设的自行车对自行车系统

项目背景:安什在印度一所视障人士学校工作时的一次经历，在他的脑海里播下了一颗种子。一个年轻的盲女，听到送奶工骑着送餐自行车按铃，用印地语问道:“你今天把自行车带来了吗?”我能骑吗?”当安什遇到一个有类似经历的朋友时，这个想法就形成了。他们一起开始帮助有21.3%肥胖几率的视障人士更积极地锻炼身体。一份调查报告称，骑行自行车通常是双人自行车，是视障人士的首选运动方式，这为他们的项目提供了最终的动力。

策略和结果:为了给视障骑手更大的自由感，安什和他的搭档阿维·帕特尔(Avi Patel)设计了一款引导自行车，可以无线接收来自试点自行车的指令。因为喜欢编程，安什制作并编程了一个模块，可以从驾驶自行车传输偏航角和GPS坐标。这款导航自行车有三个模块:一个数据接收器、一个机械点击器和一个安全模块。数据接收器将偏航角和GPS数据转换为语音指令，告诉骑车人方向和转弯度。点击器告诉骑车人他们在转多少度，每点击一次代表15度。安全模块使用传感器，通过震动手柄提醒骑手遇到突然的障碍。他们的原型经过多次迭代，最终获得了80%的成功率。未来，安仕计划增加一个处理器和一个人工智能驱动的摄像头，让骑行更加安全。

其他爱好:安什喜欢钢琴和机器人俱乐部，但他喜欢游泳，因为训练教会他努力成为更好的自己。他希望学习电气工程，因为这将使他能够发明帮助社会的东西，并在做的过程中获得乐趣。

Praneel阿尼尔•沙阿
8年级，约翰·肯尼迪中学
加州库比蒂诺

利用具有光养细菌的生物电化学系统产生清洁的水和电

项目背景:Praneel的研究灵感来自于他读到的一篇文章，关于细菌可以发电，以及如何将这种能力用于将废物转化为电能的微生物燃料电池。虽然微生物燃料电池已经存在很长一段时间了，但它们还不能产生足够的电能来服务于实际用途，所以Praneel决定尝试提高它们的效率。这导致他设计了一种生物电化学系统，他认为该系统可以在可使用的规模上发电，同时，还可以净化被污染的水。

策略和结果:Praneel将Palustris红假单胞菌(Rhodopseudomonas Palustris)确定为他的系统的良好候选者。由于Palustris具有很高的新陈代谢能力，它可以有效地消化有机化合物。它还有一种基因，可以让它从土壤中的铁中吸取电子。在研究的第一阶段，Praneel将土壤、细菌和水混合在一个容器中，附加一个阴极和一个阳极来制造一个电池，并将它们连接到万用表来测量电能输出。他的系统每平方米产生1.2瓦的电能。他的系统还产生了氢气，Praneel将其捕获并用于燃料电池中。在第二阶段，他的水净化研究中，Praneel将R. Palustris与活性炭结合，并将其与含有920 ppm溶解固体的水混合。经过9个小时，溶解的固体下降到一个更安全的水平，240 ppm。Praneel相信他的系统可以让服务不足的社区发电并改善水质。

其他爱好:Praneel是排球队的队长，他认为这帮助他培养了领导能力和团队合作能力。他参加NASA太空定居竞赛的经历点燃了他对火箭工程、太空旅行和外星生命的兴趣，并激励他成为一名航空工程师。

山茶花沙玛
乔治·h·穆迪中学八年级
近日,弗吉尼亚州

FishPopAI:使用人工智能计算鱼类数量

项目背景:鱼类对水生生态系统至关重要，但它们的数量正在减少，原因有很多，包括气候变化和过度捕捞。Camellia的祖父告诉她，海洋生物是如何减少的，栖息地的研究是如何困难的，尤其是在偏远的河口。对于研究人员来说，了解一个水体中的鱼类种群，对于估计破坏程度和补救措施的效益至关重要。由于不可能对大水体中的鱼类进行物理计数和分类，Camellia决定开发一种计算机化的解决方案。

策略和结果:Camellia发明了一种计数鱼类的系统，它使用了她的特殊3d打印AquaDrone，它既是空中无人机也是船，结合了她自己的人工智能软件FishPopAI，一种计算机视觉和机器学习的混合。该计算机视觉组件利用无人机拍摄的水下图像来计数鱼的数量。Camellia使用鱼类的公共领域照片和她创建的五种鱼类的3d打印模型，测试了各种机器学习选项。然后，她将这些鱼模型随机排列在自家后院游泳池的地板上，模仿热带鱼群，并从移动的AquaDrone上录制照片和视频，AquaDrone模拟了野外的研究船。她的FishPopAI在鱼类计数和分类方面的准确率达到94%。Camellia认为，AquaDrone和FishPopAI可以增强数据收集和分析能力，帮助科学家评估生活在孤立水体中的鱼类种群。

其他爱好:Camellia喜欢编织、缝纫、烹饪，还喜欢和家人一起周游世界。成为机械工程师后，Camellia希望能在造船或汽车行业工作。

Prisha钱币兑换商
巴沙高中加速中学8年级
亚利桑那州钱德勒

基于人工智能的野火预防系统

项目背景:每年全球野火季节的长度增加了19%，火灾也变得越来越严重。除了对健康和经济的影响外，当森林燃烧时，大量的二氧化碳被释放到大气中，导致气候变化。目前对抗野火的方法主要集中在探测和扑灭，但在亲眼目睹了一场毁灭性的森林火灾后，普里沙决定开发一种智能系统来预防火灾。她的理论认为，关键是要尽早识别出具备适宜野火形成和蔓延的天气、燃料和热源的地方。

策略和结果:Prisha公司的基于人工智能的野火预防系统是一种全自动、廉价的系统，使用人工智能(AI)识别火灾易发区域，然后部署无人机飞到这些地点。她的系统首先为被评估的地区加载实时NASA卫星数据和NOAA气象数据，然后使用AI随机森林分类器检查这些数据，并识别潜在的火灾地点。在测试中，她的系统识别潜在火灾地点的准确率达到98%。然后，该系统会指挥一架无人机飞到这些地点。理想情况下，在未来，自动无人机将能够在那里应用防火剂，避开防火剂应用被禁止的区域。她的系统是便携式的，有一天可能会被用于世界各地的许多地方，帮助防止野火。

其他爱好:Prisha还设计了一款自清洁太阳能电池板，在地球和火星上都能工作。在得知NASA的火星探测器因为太阳能电池板上的太空尘埃而停止工作后，她开始了这个获奖项目。她希望继续为现实世界的问题寻找工程解决方案。

约瑟夫看到
Takoma Park中学8年级
马里兰州的塔科马帕克

常见机动车辆水污染物急性毒性的评价，salina Nauplii模型

项目背景:约瑟夫在参观他心爱的切萨皮克湾(Chesapeake Bay)时，看到有人在离水面几码远的地方修理他的房车露营车的发动机，于是就有了研究这个课题的灵感。一股天然气和石油正源源不断地流入海湾。三个小时后，当他和家人从钓鱼之旅回来时，那个人已经修好了发动机，正在清洗露营车，流入海湾的水充满了气泡和污垢。这次经历之后，约瑟夫决定弄清楚这些用于汽车保养和清洁的产品对海洋生态系统的危害有多大。

策略和结果:为了调查进入海洋生态系统的机动车相关污染物的影响，约瑟夫研究了它们对卤虾的影响，卤虾与生活在切萨皮克湾的草虾类似。他在7种浓度下测试了6种不同的污染物，并在处理24小时后统计了活虾和死虾的数量。他的结果显示，在测试的六种污染物中，汽车洗洁精和汽车清洁剂的毒性最大，挡风玻璃液的毒性最小。其中，汽车洗洁精和汽车清洗剂的毒性尤其令人担忧，因为这两种产品在广告中都标榜对环境安全，被广泛使用，并通过雨水渠进入水道。约瑟夫希望他的研究将鼓励开发毒性较低的这些清洁产品的替代品，并提高公众对它们对海洋环境影响的认识。

其他爱好:约瑟夫每年春假都在大沼泽地拍摄爬行动物。他想研究毒液，尤其是蛇的毒液，并开发抗毒液，用于治疗不同种类毒蛇的咬伤。

Raunak辛格
纪念中学七年级
新泽西州的费尔草坪

阿波罗:光之灯塔

项目背景:紫外线- c (UV-C)光可用于对COVID-19等病毒和其他危险微生物的表面进行消毒。然而，这种紫外线不能在人和宠物在场的情况下使用，因为这种光会产生有害影响，包括皮肤灼伤和眼睛损伤。Raunak决定，一个配有传感器的机器人结合智能计算机系统，可以自行行动，对房间暴露在外的有害病原体(包括COVID-19)进行消毒，同时保护处于或可能进入被消毒区域的任何生物有机体的安全。

策略和结果:Raunak设计了一个原型机器人，他将其命名为阿波罗，该机器人使用机器学习和运动传感器，通过将暴露在外的表面浸泡在潜在有害的UV-C光中，为无人居住的空间消毒。他用他在家里用现成的材料制作的原型来测试他的概念，并使用蓝色led安全地代表UV-C光源。机器人的底盘两侧有两个传感器，可以检测任何运动，所以机器人可以检测到房间里是否有人或宠物在移动。作为进一步的保护措施，Raunak为阿波罗配备了一个摄像头，当机器人在一个区域内移动时，它就会拍照。这些照片会被机器人的计算机化机器学习软件分析，以评估阿波罗能否安全地对该空间进行消毒。每当检测到移动时，紫外线- c光就会停止，直到原型机器人确定海岸安全为止。

其他爱好:Raunak想从事电气工程和计算机科学方面的职业，这两方面都需要他在这个项目中所需的技能。他喜欢篮球、游泳、滑雪和空手道，并期待着重新加入自己青年乐团的小提琴组。

玛雅唐
八年级，海瑟薇布朗学校
瓶高度,俄亥俄州

口罩类型和乐器罩如何影响音乐表演时的气溶胶传播和声音水平?

项目背景:音乐表演是玛雅生活中重要的一部分。疫情刚开始时，她的音乐学校关闭了几个月，重新开学时，她所有的课程都是虚拟的。在她就读的中学，音乐课被移到了户外，即使是在俄亥俄州东北部天气变冷的时候。玛雅决定研究在室内使用面罩和乐器罩是否可以安全地唱歌和演奏管乐器，以及这些覆盖物是否会掩盖这两种乐器的声音。

策略和结果:在她研究的歌唱部分，玛雅选择了盖特、棉质、外科口罩和N95口罩以及塑料面罩。木管乐器部分，她使用了带和不带织物罩的录音机。作为冠状病毒的替代品，她选择了一种可以在紫外线下观察到的粉末，其大小与病毒相同(5微米)。然后，一个人唱了五次生日快乐歌，一次是戴着每种类型的口罩，另一次是不戴口罩作为对照。每一次，玛雅都测量粉末扩散的距离。不戴口罩时，扩散了41.2厘米，戴了步态口罩后，扩散了14.2厘米，其他所有口罩都没有扩散。使用声音测量仪，她发现棉质口罩和外科口罩并不影响声音。她用录音机也得到了类似的结果。玛雅认为，如果进一步的测试证实了她的发现，面具和覆盖物可以让唱歌和演奏管乐器在学校里安全进行。

其他爱好:玛雅喜欢弹钢琴，喜欢唱古典和流行歌曲。她也是一名竞技性的花样滑冰运动员，从4岁开始训练，但自疫情开始以来就没有上过冰。玛雅来自一个执业医生家庭，她希望成为一名医生，这样她也可以帮助别人。

露西天使腾
Meyzeek中学8年级
路易斯维尔,肯塔基州

SARS-CoV2非结构蛋白对细胞因子诱导的影响

项目背景:一天，露西在开车的时候，半听半听广播里关于COVID-19疫苗的报道。除了反复提到蛋白质上的刺突外，她对那篇报道不太记得了，所以她决定多了解一些。露西发现，经常在插图中显示的是导致covid的病毒外部的结构蛋白(刺突)。她还发现，虽然该病毒也有16种非结构蛋白(NSPS)，但大多数疫苗研究都集中在结构蛋白上。她致力于研究非结构病毒蛋白对免疫反应的影响。

策略和结果:露西发现，研究人员主要关注结构蛋白，比如刺突蛋白，因为他们认为它们有助于一种被称为细胞因子风暴的免疫反应。细胞因子是各种各样的小分子，它们充当信使，告诉你的免疫系统去做它的工作。在风暴中，会产生过多的细胞因子，这可能会损害像肺这样的器官。露西在实验室进行了她的研究，她培养了U937巨噬细胞(一种杀死微生物并释放细胞因子的白细胞)。然后，她在巨噬细胞培养物中引入了两种非结构病毒蛋白NSP12、NSP13和刺突蛋白。当她分析细胞生长的培养基时，她发现非结构蛋白也会导致细胞因子的释放，尽管没有刺突蛋白那么多。她相信，像她这样的研究将有助于开发更有效的治疗方法。

其他爱好:露西会弹钢琴和单簧管，还会学习三种不同的舞蹈风格:抒情、爵士和踢踏舞。但她最喜欢游泳，这帮助她培养了勇气，并结交了很多朋友。在寻找梦想职业的同时，她倾向于学习心理学，以了解人类的思想并帮助他人。

Hailey米亚范
Jeffrey Trail中学8年级
加州欧文

二氧化碳对海洋生态系统的多压力源分析:利用气候变化模型研究缺氧和酸化

项目背景:海莉对海洋环境很感兴趣，特别是水生化学，以及人类过程是如何导致海洋生态系统出现不自然的、可能致命的条件的。她特别对缺氧感兴趣，这是一种危险的低氧状态。为了尝试预测未来的缺氧水平，海莉研究了全球气候模型，这些模型可以模拟海洋、大气和陆地的大型复杂过程。她认为，社会应该为气候变化的最终影响做好准备，同时也要尽一切可能减少影响。

策略和结果:海莉将计算机建模与环境科学相结合，以确定持续的气候变化对世界海洋的可能影响。利用纽约一所大学的模型，海莉用五种不同的二氧化碳(CO2)情景预测了海洋表面温度、海洋酸度和海洋缺氧的程度。她的模型表明，如果目前二氧化碳排放的上升趋势继续下去，海洋缺氧将从2000年记录的30%增加到2150年的53%，并导致更糟糕的酸度水平。相比之下，二氧化碳增长速度放缓和监管水平提高将减少对环境的危害，将预测的缺氧比例降低到40%，并将海洋酸化限制在仅额外的2%。

其他爱好:海莉已经表演了11年的芭蕾。她还在一个组织做志愿者，为更年轻的学生提供基于stem的在线活动。她对气候学和食品科学都感兴趣。

安琪拉詹
洛根山中学8年级
犹他州洛根

生物变压器:构建新型微生物细胞工厂，将塑料废物转化为环保生物塑料

项目背景:安吉拉在了解到塑料污染已经成为世界上最紧迫的环境问题之一后，发明了一种方法，将石油基塑料废料转化为环保的生物生产塑料(bioplastic)。大多数塑料都是油基塑料，具有极强的生物降解抗性，因此对环境和人类健康构成了严重的长期威胁。将油基塑料废物生物转化为更可生物降解的生物塑料，将减少碳排放，同时让我们在日常生活中继续享受塑料带来的便利。

策略和结果:安吉拉怀疑，犹他州大盐湖的一些微生物可能已经发展出代谢各种碳源的能力，包括塑料，因为高盐度的水中碳的数量有限。首先，她使用低密度聚乙烯(LDPE)作为碳源，帮助从大盐湖中寻找有用的微生物。在确定了两种可以在塑料袋中生长的细菌后，她开始编辑这两种细菌的基因，这样它们就可以生产生物塑料(PHB)。这两种基因工程菌株能够将LDPE转化为PHB，转化率分别为51.8%和43.1%。通过生产两种细菌菌株，可以有效地将油基塑料废物转化为环境友好的生物塑料，她的工作为解决全球塑料污染问题提供了一条新的途径。

其他爱好:安吉拉会弹钢琴和中提琴，是学校管弦乐团的成员，经常在当地的辅助生活中心为老年人演奏。她还喜欢游泳、滑雪、踢足球和打网球。她希望成为一名环境工程师，让世界变得更健康、更可持续。