16 岁少年造出仿生海龟机器人，AI 识别微塑料准确率达 94%

IT之家 7 月 22 日消息，2024 年夏天，在加拿大祖父母家的泳池边，16 岁的埃文 · 巴兹（Evan Budz）正试图解决一个十分特别的问题：如何让自己设计的自主“海龟机器人”真正游起来。“我还记得最初几次测试。”巴兹在接受《Business Insider》采访时说，“我把机器人放进水里，它直接沉到了池底，根本不会游泳，也无法控制自己的深度，就像一块砖头一样。”对于大多数青少年来说，这显然不是他们会遇到的问题。但对巴兹而言，这却成了他最投入的研究课题。2024 年早些时候，一次与家人前往加拿大安大略省荒野露营的经历，让他对水生动物产生了浓厚兴趣。他说：“当时我看到一只鳄龟在水中游动，它的动作流畅自然，非常优雅。我受到很大启发，希望设计出一台能够模仿它运动方式的机器人。”经过后院泳池里的反复测试，以及数月不断调试、改进和升级，这项研究终于在今年 5 月迎来了成果。凭借一套水下三维全息成像相机，以及自己训练的 AI 模型 —— 能够识别水体中的微小塑料颗粒，并将这些设备安装到自主海龟机器人上，巴兹在 2026 年 Regeneron 国际科学与工程大奖赛（Regeneron International Science and Engineering Fair，ISEF）上获得了 5 万美元（IT之家注：现汇率约合 33.9 万元人民币）奖学金。他说，仅制造机器人和全息相机，两项工作各自就投入了约 2000 个小时。巴兹表示，选择环保作为自己的研究方向几乎是顺理成章的事情。“我一直热爱户外。”他说，“从六岁开始，我就跟着父母到偏远地区露营。我们会划着独木舟前往那些美丽而壮观的湖泊。”后来，在观看一部关于海洋和海洋生态系统的纪录片后，他了解到水体中已经充满了微塑料污染。根据海洋保护协会（Ocean Conservancy）的统计，每年约有 1100 万吨塑料垃圾流入海洋，影响超过 1300 种海洋生物。2024 年，巴兹花费约 5 个月时间打造了这只海龟机器人。他认为，海龟是执行这类任务最理想的仿生对象，“海龟的游泳效率非常高，这对于设计仿生机器人来说至关重要。我希望机器人能够长距离执行任务，而无需频繁充电或担心电池耗尽。”他说：“此外，海龟广泛生活于各种水域生态系统，因此当地其他生物对它们并不会感到陌生，更不容易引起干扰。”另一方面，海龟体型较大，也方便安装各种科研设备，例如传感器和全息成像系统。为了让机器人的游泳姿态更加自然，巴兹还向当地水族馆的专家寻求了帮助。他说：“随后，我开发了一系列算法，让机器人能够按照预设搜索路径自主游动，同时自动调节自身深度。它基本上可以按照用户设定的目标自主前进，完全不需要人工导航或人为控制。”2025 年夏天，巴兹开始研发三维全息成像系统，并训练 AI 模型。他说，这一过程经历了大量反复试验，尤其是在让 AI 准确区分微塑料和水中其他微小生物方面，需要不断调整和优化。“其中包括不断优化硬件，提高成像分辨率，以识别尺寸只有约 10 微米的微小颗粒和微塑料。”整个检测流程首先需要利用全息成像系统采集三维全息图像，然后再交由 AI 模型识别其中是否存在微塑料。不过，真正用于测试的时间却非常有限。巴兹表示，加拿大北部冬季寒冷，因此必须赶在湖面结冰之前完成所有外场测试。“我生活在加拿大北部，这里的冬天非常冷，所以必须在天气变冷之前，到当地几座湖泊完成最终版仿生机器人的测试。”到了 Regeneron 国际科学与工程大奖赛举办时，这套系统已经能够以 94% 的准确率区分微塑料和其他微小颗粒。巴兹表示，他的研究目标，是让微塑料检测变得更快、更普及。他认为，目前主流检测方式主要依赖实验室分析，整个流程十分复杂。“由于必须送到实验室检测，即便只是少量样品，也可能需要几天时间才能完成分析，而且成本很高。”他说，“对于偏远地区来说，这种方法几乎不现实，因为那里既没有实验室，也缺乏专业技术人员。”相比之下，他研发的系统能够直接在水中完成微塑料检测，无需将样本送回实验室。正是这一创新思路，让巴兹获得了本届大赛最高荣誉之一 —— 戈登 ·E· 摩尔未来世代积极成果奖（Gordon E. Moore Award for Positive Outcomes for Future Generations）。由再生元制药公司（Regeneron Pharmaceuticals）和科学学会（Society for Science）共同举办的 Regeneron 国际科学与工程大奖赛，今年共向获奖学生发放了超过 700 万美元奖金。这项赛事面向全球高中生开放，今年共有超过 1700 名学生参赛。谈到获奖经历，巴兹说：“当时真的感觉像做梦一样。我站在领奖台上，听到主持人念出戈登 ·E· 摩尔奖获奖者的名字时，我心里一直在想：‘天哪，那真的是我吗？我真的获奖了吗？’当时脑子里一下子闪过很多念头，甚至有些不敢相信。但总体来说，那是一段非常难忘的经历。”目前，巴兹仍将重心放在高中学业上。他计划利用这笔 5 万美元奖学金进入大学攻读科学或工程专业，并希望将自己的研究成果分享给更多科研人员，推动相关领域进一步发展。