“创新英雄”的未来之战

　　“创新英雄”的未来之战

　　英特尔基金会执行总监温蒂·霍金斯才毫不迟疑地说，“英特尔之所以支持ISEF，是因为这项大奖赛鼓励数百万学生利用他们的技能进行创新，并针对全球挑战开发出有前景的解决方案。”

　　文/《瞭望》新闻周刊记者王健君

　　EE073展台被团团包围，奥斯汀·拉塞尔不得不高声回答围观者不断抛来的问题。他正在讲解自己的研究项目：远距离无线传输能量——通过聚合红外线束传输能量，能量传输1万公里只损耗3%。美国国家航空航天署（NASA）已经决定为他的项目在太空安装太阳能电池板，实现太阳能向地面接收站传输能量的开创性实验。

　　泰勒·威尔逊今年已经是第二次参展了。去年他的项目是基于核设施检查的极低剂量和超灵敏度的侦测技术，这个项目获得了当年5万美元的英特尔青年科学家奖。在PH055展台上，这位年轻科学家今年带来的项目是一种新型医用放射性同位素生产流程。实际上，公开的秘密是，他以一己之力用廉价材料制造了一座小型核反应堆。这项可怕的发明甚至引起了美国军方的注意。

　　这只是全球最大的高中生科学竞赛——第63届英特尔国际科学与工程大奖赛（IntelISEF）1549名参赛选手中，两位分别来自美国加州圣胡安市和内华达州雷诺市17岁高中生的故事。

　　5月14～18日在美国宾夕法尼亚州匹兹堡举行的总决赛中，来自全球包括中国在内约70个国家和地区的高中生们，展示了各自在17个科学学科领域不亚于拉塞尔和威尔逊的“高点子”（“Big idea”），角逐超过300万美元的奖学金、学费和实习机会，全场的“王冠”是7.5万美元的戈登·摩尔奖。

　　63年来，ISEF产生的不仅仅是类似“远距离无线能量传输”、“家庭核反应堆”这样令人炫目的创新型科研项目，正如多次以评委身份参加ISEF的中国医学科学院伦理学研究中心执行主任翟晓梅对《瞭望》新闻周刊所言，更重要的是，这1500多名全球高中生科技精英毫无疑问将走上世界科技创新最前沿并成为未来的主力军，“他们目前关注的非常可能决定着未来人类科学发展的主流方向。”

　　发现“桃叶珊瑚苷”之外

　　5月15日的戴维·劳伦斯会展中心，成了高中生们“科技盛宴”的狂欢地。正在布置展台的中国选手被邀请到本刊记者面前，胸前挂满五颜六色的交换徽章，暗示他们已经和其他国家选手们进行了热切交流。

　　兴奋溢于言表的段沛妍用“震撼”形容自己对ISEF的第一感观。其实这位17岁的小姑娘研究的项目同样够“震撼”。正在华东师大二附中读高三的段沛妍，她的“发现”动力源于帮助患糖尿病多年的爷爷。前年暑假回家看爷爷的时候，她发现当地人一直用地黄根泡的茶缓解糖尿病，她猜测地黄中含有治疗糖尿病的“黑匣子”，于是开始了两年之久的发现之旅。

　　段沛妍开始想提取地黄中的有效化合物，但试验后她发现，想在地黄的数千种成分中找到“有效”的那部分，再通过小鼠实验证明效果，无异于在森林中寻找一根针，更不用说所耗时间和资金之巨。

　　转机发生在2011年，在“国际化学年在中国”的一次讲座中，段沛妍接触到了生物信息学，尤其是这种利用计算机解决问题的方式，让一度沉浸在巨大失望中的段沛妍看到了曙光。

　　当然，华东师大二附中全国数一数二的创新实验室也给予了段沛妍很大的帮助，以及学校附近中科院上海药物研究所、华东师大以及上海交通大学等机构和高校，愿意为中学生研究活动开放自己的高端实验室。最终，段沛妍自己设计计算机模型，用计算机分子对接技术找到了地黄中的“黑匣子”——桃叶珊瑚苷。

　　“它最大的神奇不在于降糖，而在于能够随着患者身体机能需要将糖控制在合理水平，具有巨大的研究价值。”成果带给她的快乐和自信还不仅仅在此。在研究中已经深深迷恋上中医的段沛妍，特别希望自己用这种现代科学技术分析中药的方法，改变西方医学对中医的认识，“我一直想能不能通过中药现代化的手段，使中医和中药走出国门、走向世界。”

　　采访中，作为医疗健康领域的评委，翟晓梅对段沛妍的项目给出自己的评价，“这样的选题完全是博士生级别的研究。”

　　他们有强烈的社会责任感

　　令本刊记者印象深刻的是，小选手们的科研项目普遍具有强烈的社会责任感。

　　2008年汶川大地震和伴生泥石流带来巨大灾害，给来自四川成都的三位女中学生留下了深刻记忆。树德中学彭菁菁、石室中学田园和第七中学冯卓立组成一个研究小组，从泥石流形成原因出发，设计了一种自谐振渗透膜土壤水分监测传感器，使用该传感器，可以通过监测土壤含水量预警泥石流发生。这套无需供电、测位少、安装简便的预警系统成本只有4300元，对目前普遍花费高达6万元以上，且准确率很低的泥石流监测系统而言是一次开创性革新。

　　她们研究的最精彩部分在于如何找到传感器中检测泥土中水分的材料：这种材料必须能够稳定均衡地与土壤中的含水量保持一致。而解决这个曾折磨她们很久的难题的创意，完全缘于女性的敏感。彭菁菁告诉本刊记者，她们曾长久苦思不得，直到一个晚上，她看到自己的妈妈坐在沙发上做面膜那一刻，豁然开朗。面膜可以保持与皮肤水分一致的特点，让三个女孩子将客厅里的美容术，复制到了事关人类生命安全的严重地质灾害防治中。

　　类似的精彩思路遍及参赛选手的项目。比如，安徽省蚌埠第三中学的徐毅华，将驱蚊草、艾草和薰衣草三种具有特殊气味的植物浸提液添加到农药中作为驱避剂，来避免蜜蜂遭受农药毒害；湖南长郡中学许令玮在洞庭湖区发现神农蜣螂分解粪便同时破坏血吸虫卵活性的特点，提出通过保护和扩大蜣螂种群量，以达到阻断洞庭湖血吸虫病传播的崭新思路；北方交通大学附属中学的巩炳辰基于“手机KEY”的文件保密柜……

　　最终，今年的大赛，中国大陆代表队共派出19个项目27名学生参赛，有12个项目20人获奖，共获得16个奖项，在参赛国家和地区中排名仅次于美国和加拿大。其中，段沛妍和徐毅华获得了一等奖；彭菁菁团队和巩炳辰等五人获得了三个二等奖；许令玮等五人获得了三个三等奖；还有五人获得了三个四等奖。

　　采访中，中国参赛代表团团长、中国科协青少年科技中心副主任蒙星向本刊记者介绍说，自2000年开始，中国科协在英特尔公司赞助下，组织中国学生参加一年一度在美国举行的总决赛。迄今为止，共计365名中国学生的228个项目入选IntelISEF，并赢得了228个奖项，其中包括2004年获得的一项IntelISEF顶级奖项“英特尔基金会青少年科学精英奖”。

　　对此，ISEF组织机构美国科学与公众协会主席伊莉莎白·马里科拉向本刊记者表示自己毫不惊讶，在过去几年间有6名中国学生获得同类最佳奖，这在所有获得同类最佳奖国家中排名第四，而且相比各国平均28%的获奖率，53%的中国参赛选手获得了大奖，“中国在科学方面富有成就，看到中国的年轻人表现优异并不令人惊奇。”

　　1200位博士评委的共同认可

　　“王冠”最终戴在了美国马里兰州格伦伯尼区北郡高中的杰克·安德拉科头上，他发明了一种检测胰腺癌的新型纸传感器，这个项目获得了大会评委一致青睐——荣获顶级大奖，今年的戈登·摩尔奖。此外，杰克还获得了另外六项特别奖，总奖金近9万美元。当他一次次尖叫着冲向领奖台时，台上台下用欢声笑语向他的项目和孩子气表达了敬意。

　　胰腺癌被称为一种灾难性疾病，患者五年存活几率只有5.5%。造成存活率低的一个原因，是缺少无创伤、灵敏、廉价的胰腺癌筛查方式。年仅15岁的杰克创造了一个简单的测探传感器，通过测试血液或尿的方式确定患者是否患有早期胰腺癌。该方法的精确度超过了90%。与目前的测试方法相比，这个正在申请专利的传感器的速度高28倍，价格低28倍，敏感度超过100倍。

　　据了解，所有参赛项目要接受各科学领域的超过1200名评委的现场评审，每位评委都具有博士学历和在某一科学领域具有6年以上相关专业经验。伊莉莎白·马里科拉在领奖台上向三位大奖获得者祝贺时感慨而言，“他们和所有决赛选手在一周的时间内进一步展示了科学、技术、工程和数学教育如何成为创意与创造力的摇篮，以帮助解决未来最迫切的问题。”

　　蜜蜂耳机

　　连续两年担任ISEF计算机领域评委的33岁的北京航空航天大学副教授秦曾昌告诉本刊记者，ISEF最令人着迷的就是原创性，或者说想象力激发出来的思维创新。他印象最深刻的案例就是来自罗马尼亚的伊奥努·布迪斯提安的项目——使用人工智能帮助盲人通过舌头产生视觉感官的人机交互界面。

　　实际上，这就是一套用舌头“看”东西的助盲装置。为了帮助失明20年的叔叔，伊奥努通过摄像头把图像解释成黑白影印的点阵，点阵中的黑与白再通过芯片变成不同强弱的电流，越黑电流越大，越浅电流越小，直至白色无电流。当把芯片放在舌头上时，通过感受电流的刺激，叔叔就能大致分辨出面前的物体是什么。而之所以选择舌头的原因是，伊奥努在自己的身体上做了多种尝试后发现，舌头是人体仅次于眼睛的敏感识别器官。

　　在秦曾昌看来，这个项目最令人敬佩之处不在于装置设计的巧妙。正如我们感知的物体形象并非眼睛现实中看到的物体，而是大脑对视觉信号分析处理后的结果，这位18岁的罗马尼亚高中生开创性地利用这个原理通过舌头实现了初步的视觉感知。尤为关键的是，大脑感知系统具有强大的学习能力，完全可能强化用舌头识别物体的功能。“尽管目前这套系统还很粗糙，但却开辟了一条全新的道路。”据伊奥努介绍，经过一个多月的训练，叔叔已经可以识别出50多个物体了。

　　多次的ISEF评委经历，让翟晓梅有一个深刻的感受，Great idea的基础就是Open idea，比如两位来自土耳其埃迪尔内省盖桑安纳托利亚卫生职业学校女学生的项目，就令她大开眼界。17岁的马莱克·丹瑟和贝杜尔·巴顿·巴顿在临床护理实习中看到，大多数病人备受顽固性耳鸣的折磨，这种痛苦甚至导致患者产生自杀倾向。

　　这时，马莱克想到此前从养蜂的舅舅那里得知，蜂巢里如果闯入外来虫子比如蝉，就会产生不和谐声音，蜜蜂的办法是创造一个新的振动频率抵消掉噪音。两位职高女生尝试制作了一个带有小盒子的耳机，里面各放一只活蜜蜂，说服院方后进行临床实验。奇迹发生了，一个月后戴着耳机的耳鸣患者87%的病情都得到了明显改善甚至痊愈。

　　尽管用活蜜蜂共振消除耳鸣耳机项目只获得了医学和健康领域的四等奖，翟晓梅仍然为两位小科学家的开放思维感慨不已，“两个孩子的展板非常简单，没有更多的理论，没有更多的文献检索支持，完全来自她们的个人生活实践。可这有什么关系，青霉素的发现不就是这样的吗？与这些学生比起来，有时候我们的脑子其实远没有她们那么open。”

　　现在，翟晓梅最急切的就是，“我要回去找几只蜜蜂试一试。”

　　开发中医药成西方科技新潮流

　　在ISEF大赛评审中，令翟晓梅更为兴奋的现象是，涉及中医和中药的研究项目越来越多、越来越深入，而且绝大多数都是美国学生的项目，“十年前，我在哈佛的时候，一涉及中西医之争，西方学术界的主流看法就是Pseudo-science（伪科学）。现在，西方的中学生们主动将研究注意力集中到中医中药领域，我觉得这绝不是空穴来风或者突发奇想，而可能代表着一种方向和趋势。”

　　比如，一位美国中学生在自己的项目中对中医药作了令人耳目一新的简洁定义，“传统医学（Native medicine）是知识、技能和实践基础上理论、信仰和本土的经验。”这让翟晓梅惊讶不已，“这个定义太准确了。我看了这么多的文献，没有发现一个文献能对传统医学定义得这么好。因为理念不同，西医对中医的定义总有争论，而这个美国学生做了一个让人信服的概括。”

　　再比如，对于一个美国学生项目中认为中草药没有副作用的结论，翟晓梅故意挑战他，是不是因为剂量小？这位学生立刻回答说，自己做了动物实验，不断提高剂量还是看到同样结果，没有副作用。而且他告诉这位中国评委，自己全家都在吃养生的中药，而且已经吃了很多年了。

　　“现代西方医学发展的特点，就是专业化、标准化程度不断提高，分科越来越细。分到最后，医生眼睛里就只剩下细胞，作为整体人的形象已经没有了。医生分门别类各治疗各的，谁也不管谁。为此，近年来西方医学一直在反思。”翟晓梅告诉本刊记者，相反，中医自古以来就是整体医学，强调每一个患者都是独特的个体，需要阴阳实虚辨证施诊，“显然，这些代表着西方未来的年轻科学家们，已经做好了吸收借鉴东方经验科学的准备。这是一个令人振奋的信号。”

　　“这些美国孩子，生于斯长于斯，自然而然接受着西方主流文化，但他们不囿于此，敢于批判自己的传统和主流，大胆接受异域的文化。”为此，她格外敬佩这些小同行们开放的心灵，“我觉得他们的这种倾向越来越明显，他们似乎看到了在医学发展过程中，彻底把传统医学这些宝贵的资源摒弃掉，恐怕不是发展方向，我能隐隐约约感觉到背后支撑他们的理念是这样的。”

　　科学探索获得商业支持

　　ISEF大赛上另一个明显的趋势是，小选手们的商业头脑越来越强烈。对此，伊莉莎白·马里科拉女士向本刊记者分享了自己的观察，“学生们正在变得更有创业意识，尤其是见证了马克·扎克伯格这样在与他们年纪相仿时就将创意成功商业化的例子之后。”据她估计，选手中有1/4的人已经有了自己的专利或提出了专利申请，“这也是为什么ISEF有70多个组织机构和大公司颁发特别奖的原因之一。”

　　不过，已担任了8年SSP主席的她一点也不担心商业化会腐蚀掉青少年的创新精神，“我不认为这是学生们做研究的初始意图。我坚信他们之所以来参赛，是出于对科学的兴趣和对科学事业的追求，以及获得领先世界的独特发现所带来的无与伦比的快乐。”

　　连续三年代表中国队参赛的薛来就是最好的注解。这位来自成都国际学校的前参赛者，也是今年大赛的志愿者，分别在2009～2011年获得了计算机科学团体一等奖、团体二等奖和个人一等奖。尤其是2011年获得的计算机科学类别同类最佳奖——倾斜补偿电子罗盘与深度摄像头在交互增强现实中的实际应用，使他获得了两个机遇：卡内基-梅隆大学的录取通知，和购买了其项目专利并期望其继续研究开发产品的韩国三星公司的邀请。

　　在考察了卡内基-梅隆大学后，薛来准备接受三星公司的商业开发邀请，推迟一年入学，“上大学最终是为了搞研究，现在同样是研究，而且是开发自己的项目，更有现实意义。”的确，三次研究获奖的经历，已经使他完全具备了独立进行科研的实战能力。

　　整个采访交流中，无论是SSP主席和英特尔基金会负责人，还是评委和中国代表团的官员，甚至包括本刊记者，都有一个明显的感受：这些孩子们的观念、思维和对科学探索的渴望，远比他们之间的肤色、族裔身份小。正源于此，英特尔基金会执行总监温蒂·霍金斯才毫不迟疑地说，“英特尔之所以支持ISEF，是因为这项大奖赛鼓励数百万学生利用他们的技能进行创新，并针对全球挑战开发出有前景的解决方案。”□