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这些中学生凭啥拿下“市长奖”?(图)

2018-02-14 13:42:36

  上个月,第十六届“北京青少年科技创新市长奖”终评答辩在北京市科协举行。评审会委员对候选人进行综合评议后,投票产生了新一届“市长奖”获得者。

  据了解,“北京青少年科技创新市长奖”旨在奖励在科学研究上有突出成绩且品学兼优的高中生,是北京市青少年科技爱好者可以获得的最高荣誉。该奖项于2003年首次设立,每年评审一次,至今已评选了16届。自2003年评选出第一届5名获奖者以来,截止到目前全市共有110名青少年获得了北京市长奖,25人获得市长提名奖。“市长奖”奖牌刻有北京市市长的名字,一般由北京市政府领导在北京青少年科技创新大赛现场颁发。

  本届参与终评答辩的项目涉及环境科学与工程、工程学、地球与空间科学、化学、物理学、生物医学、行为与社会科学、计算机科学与技术八个学科。这些青少年或仰望星空探索宇宙奥秘,或脚踏实地从身边人的需求出发,让自己的创意照亮自己,同时也照亮他人。

  通过键盘与聋哑人对话

  键盘输入“你好”,与其相连的机械手便灵巧地打出相应的手语;通过传感器捕捉到手语动作,屏幕上便显示出对应文字,进而以语音输出。北京市第二中学高二学生姜睿曦设计的这款“手语灵巧手”,致力于让语言障碍群体能像普通人一样在社会里无障碍地沟通。

  “手语灵巧手”的创意来源于姜睿曦初三夏天的一次看病经历。他在取药窗口排队时发现,由于窗口内医生不懂手语,耗费了大量的时间去猜测一位聋哑患者的需求,结果使得队伍越来越长,最后在志愿者的帮助下问题才得以解决。这引起了睿曦的联想,不仅仅是医院,餐厅、运动场……一般的服务业中都很少会要求工作人员懂手语,所以,聋哑群体在生活中遭遇的可不仅仅是“看病难”这一桩挑战。

  姜睿曦从爸爸在残联的朋友那里了解到,与自己的观察一致,目前服务行业中懂手语的确实不多:一方面是需求少;另一方面,手语师资缺乏,无法支撑相应的培训也带来了很大制约。自己是不是能做点儿什么?一般人都不会的手语操作能不能让机器人代替呢?从小就喜欢动手捣鼓小制作的睿曦决定试一试。

  最开始,睿曦想到了乐高。可是乐高都是标准件,灵活性不强,编程要求高,这对于刚刚初中毕业的他来说可行性不足。高中进入二中的机器人社团之后,在科技老师指导下,睿曦开始了解机械结构的相关知识,着手“灵巧手”的机械结构设计。姜睿曦介绍说,传统灵巧手的设计都采用钢丝拉索,这种设计制作简单便于操作,但是它的动作稳定性差、容易抖动,精准度也不尽如人意,甚至会严重影响到整体效果。他想换个思路试试,这时他想到了之前曾经了解过的连杆结构,虽然这个结构可以弥补钢丝结构的各个缺陷,但这种全新的制作方法对于没有基础的睿曦来说,无疑是一个巨大的挑战,他必须从头开始学习设计知识。

  “手”的基本结构搭起来了,还得让它更加智能,识别语言,听懂人话,这一点靠的就是编程了。姜睿曦为“手语灵巧手”储备了一个数据库,数据库里记录了部分手语的完整信息,以此为基础,当安装在灵巧手上的手势传感器识别到了对方的手语动作后,就会与数据库中已有的手语数据进行比对;找到匹配的信息后,手语翻译成的文字内容便通过屏幕进行输出。经过电脑上的语音软件处理后,文字可以进一步识别成语音,这样一来,不懂手语的人通过灵巧手的帮助,也可以与聋哑人自如交流。反之亦然,在键盘上输入文字信息后,程序同样可以通过与数据库的信息比对,指挥灵巧手完成手语动作。

  该作品日前已入围有全球青少年科学竞赛“世界杯”之称的英特尔国际科学与工程大奖赛。姜睿曦将带着自己的作品前往国际舞台进行分享,他希望有朝一日,特殊群体的生活真的能因他的作品而发生改变。

  仿生材料让油污无可遁形

  中国人民大学附属中学王楚芊的获奖项目为“平鱼鱼皮启发的水下超疏油抗污材料的制备与研究”,这个听上去有些高大上的课题源自王楚芊对生活的细心观察。

  上初中时,她注意到,妈妈每次做完饭后都要在厨房忙活半天,擦油烟机、抹灶台,定期还要对厨房的油渍进行全面清洗。看到妈妈这么费力,王楚芊心想,如果所有的污渍只要用水冲洗就能清洗干净,那该多好呀!

  于是,这成了她的一个小心结。中考后去海边度假时,楚芊发现周边海域的水面上漂浮着一层深色油污。后来得知,他们所在的海滨浴场因周边原油泄漏遭到了污染。“这些油污漂在海面上怎样才能消失?海鸟会不会分不清油和水,落在油污中而无法飞翔?海里的鱼是不是也会因为沾染了油污而死亡?”楚芊的脑子里冒出一系列问号。查阅资料后她发现,海鸟因为油污死亡的案例很多,却鲜有鱼儿死亡的消息。这又是为什么呢?

  正当她对这些问题充满困惑的时候,2015年春节过后,楚芊有幸参观了中科院理化技术研究所仿生材料与界面科学实验室,听了专家授课之后,她对仿生学科的前沿问题产生了浓厚兴趣,能不能在自然界中找到一种不粘油污的东西?这样就可以仿生制备出抗油污的材料,或是单纯用水冲洗就能达到去污清洁功效的材料。

  查阅相关资料后,她将“仿生抗油污材料”作为了自己的研究方向。从研究平鱼鱼皮的水下“抗油污”性质出发,探究其科学原理,通过材料组成和结构的设计,来仿生制备出具有相似性能的功能界面材料。

  王楚芊相信,自己的研究成果不仅让绿色环保厨房不再是梦想,未来或许也将在工业生产与人类生活的其他领域发挥作用。

  新型呼吸器为消防员护航

  2015年8月12日,天津港危化品大爆炸。这场悲剧造成了大量人员遇难、失踪,其中相当一部分是第一时间赶到事故现场的消防队员。这一悲剧深深刺痛了正在清华大学附属中学读书的陈廷翰。

  他调研后发现,救火过程中受到的呼吸系统灼伤,是所有火灾中致死率最高的原因之一。目前国际上通用的火灾防护面具,大多以过滤有毒气体为主,并不具备快速降温功能。于是,研究一款温度自感应启动、高效快速降低吸入气体温度、佩戴轻便的新型消防用维生呼吸器成了陈廷翰的努力方向。

  要降温还要轻便,这不是件容易事儿。陈廷翰了解到,常规的蒸汽压缩/吸入式制冷、热沉制冷、风冷等方式,或因体积庞大、负载重,或因降温速度慢、持续时间短,都不能满足消防救助和逃生的要求。调研后,他决定利用材料的“相变吸热”来实现这个功能。生活中常见的“相变”,就是物体在固态、液态和气态之间转化的现象,比如冰、水和水蒸气之间的转化;每一次“相变”都意味着额外的吸热或放热。经过理论计算分析,相对较少重量的相变材料可以吸收较多的热量,但相变材料低热导率的特点导致降温速度缓慢低效,同时相变吸热产生的液体会堵塞气体通路,造成窒息。陈廷翰又创新地从换热器结构和材料新体系两方面着手研发降温模块。最终,他的作品能将200℃热气流持续快速转化为40℃以下的可呼吸空气,工作时间可达30分钟以上,且结构简单、佩戴轻便。

  现在,他又为优化自己的设计开始了新一轮的研究,“希望我的发明能够尽快实用化,挽救火灾中的更多生命。”

  本报记者牛伟坤 文并图 J191

来源:北京晚报
编辑:尹文卓

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