国際科学フェアで賞を受賞したシアトル地域の10代のオタクたちを紹介します

悲惨であまりにも頻繁に見られるロードキルの光景は、ヴェダント・スリニヴァス氏を動揺させた。特に、彼の叔父と従兄弟が愛したジャーマン・シェパードとロットワイラーのミックス犬が車にひかれて死亡した時は、なおさらだった。

さらに重要なのは、この事故によって高校生は、自分に何かできることはないかと考えるようになったことだ。もしスリニヴァスが飼い主の悲しみを癒し、野生動物を救い、衝突事故による経済的打撃を軽減できたらどうなるだろうか？

今月、彼の努力は報われました。ワシントン州サマミッシュのイーストレイク高校2年生である彼は、リジェネロン国際科学技術フェア（ISEF）の環境工学部門で、賞金5,000ドルと最優秀賞を獲得しました。さらに、中央情報局（CIA）からも最優秀賞と1,000ドルを受け取りました。そう、あのCIAです。

ISEFは世界最大規模の高校生科学コンテストで、先週アトランタとオンラインで開催されたイベントには1,750人の若い科学者が参加しました。今年はワシントン州から23人の学生がこの名誉あるフェアに派遣され、23の賞を獲得しました。中には複数の賞を受賞した学生もいました。

スリニヴァス氏は、このプロジェクトのために、動物が道路に近づいた際にドライバーに警告を発するAI搭載の警告システムを開発しました。野生動物は、可視カメラとサーマルカメラを搭載したデバイスで発見され、生成された画像が、シカ、クマ、クーガーなどの動物を認識するように訓練されたアルゴリズムを用いて分析されます。このシステムは、動物が道路に向かっているかどうかも判断できます。

衝突の危険がある場合、約1マイル先の標識に無線信号が送信され、点滅灯が点灯してドライバーに減速を促します。このシステムは太陽光パネルで稼働しています。

「私たちは環境面で非常に多くの問題に直面しています」とスリニヴァス氏は述べた。そして残念なことに、それらの問題に対処するための「技術はあまり活用されていません」。

ISEFに出場する前に、学生は地域や州のフェアに出場しなければなりません。ワシントンチームの今年のプロジェクトには、プロバイオティクスが犬に与える影響の研究、キノコの胞子を使ったバイオプラスチックの製造による分解促進、鳥の尾の特徴を航空機に取り入れて飛行効率を向上させることなどが含まれていました。

学生科学者たちは、オープンで創造的な精神で世界の課題に取り組みます。

ワシントン州科学技術フェア（WSSEF）の会計担当、キャロライン・スタイン氏は、「子どもたちは『ダメ』と言われたことがありません。『問題がある。どうすれば解決できるだろうか？』と考え、前に進み出て、素晴らしいコンセプトを生み出しているのです」と語った。

WSSEF はボランティア主導、寄付者支援による組織で、地域のフェアと提携しながら、州内のフェアやイベントの企画を支援しています。

セントラルサウンド地域科学技術フェアのリーダー、ゲイリー・フォス氏は、学生科学者たちはこうしたイベントから非常に多くのことを得ると語った。

「オタクであることは、時に孤独を感じるものです」とフォス氏は語る。ISEFを通して、生徒たちは「自分たちと同じように科学を愛する学生が世界に存在することを知るのです」

これはスリニヴァス氏にとって、ロードキル防止策を設計する2度目の試みだった。昨年、彼は動物を道路から追い払う戦略を発表した。カリフォルニア大学デービス校の指導者であるフレイザー・シリング博士と協力し、彼はその戦略を逆転させ、ドライバーに警告を発する戦略へと転換した。それから数ヶ月間、彼はコーディングとAIのスキルを強化し、20万枚の画像を使ってシステムを学習させた。

スリニヴァス氏はこの解決策を「Eqwis」と名付けています。彼はネバダ州で、車両に轢かれていた野生馬が生息する地域でこのシステムをテストしています。スリニヴァス氏は、ワシントンD.C.をはじめとする各地の交通局と話し合い、このアプローチに関心を示しているとのことです。

装置1台あたりの価格は約3,400ドルで、十分な範囲をカバーするには1マイルあたり約2万ドルかかると見積もっています。フェンスの建設に1マイルあたり10万ドル、高速道路の上または下に野生動物用の橋を建設するのに400万ドルかかることを考えると、これはお買い得と言えるでしょう。

ISEF イベントで、スリニヴァス氏は世界中の審査員や参加者と自身の作品を共有することができました。

「私の解決策を見た人たちは、『本当に興味深い』と言ってくれました」と彼は語った。アマゾンの野生動物やタイの野良猫を心配する人たちもいた。「この取り組みが世界中に必要だという確信が深まりました」

ISEFに参加したワシントン州の学生全員について、詳しくはこちらをご覧ください。また、シアトル近郊の参加者にも、それぞれの研究について詳しく話してもらいました。彼らの回答は以下のとおりです。

イングルモア高校11年生、廖斌宇さん、「プラスミド媒介耐性の活用：プラスミドR1におけるKid-Kis毒素-抗毒素系の人工活性化のための小分子阻害剤の発見」 

大賞：微生物学第2位、特別賞：アリゾナ大学奨学金

なぜ今の研究分野に惹かれたのですか？ 2019年に祖母が細菌感染症で亡くなったことがきっかけで、抗生物質耐性の問題に初めて触れ、収益性の低さから抗生物質開発の研究が不足していることを知りました。そこで、失うものが何もない子供だった私は、プラスミド媒介耐性を標的とした抗生物質の研究を始めました。

この研究をさらに進めていく予定はありますか？はい、もちろんです！この夏、MITリサーチサイエンス研究所（RSI）のプログラムに参加する予定で、研究室での研究を続けられることをとても楽しみにしています。ウェットラボ研究はずっとやりたいと思っていたのですが、最初のメタアナリシスとレビュー論文である計算創薬から始めて以来、本当に長い道のりでした。今回、ウェットラボ研究を続けたいと思っています！

科学研究のどんなところが楽しいですか？研究には好きなことがたくさんありますが、一番好きなのは研究を通して発見をしていく過程です。科学について自分が抱いている疑問に自分で答えを見つけられるのは素晴らしい経験で、そのおかげで大きく成長できました。また、研究コミュニティも素晴らしいです。ワシントン州のチームは最高で、研究を通してたくさんの素敵な人たちと出会うことができました！

エヴァン・キム、11年生、テスラ・ステム高校、「ScGAN：仮説的超伝導体を予測するための生成的敵対的ネットワーク」

大賞：材料科学部門第3位

なぜ今の研究分野に惹かれたのですか？物理学が好きなのは、物理学が私たちの世界を正確かつ定量的に説明するだけでなく、技術革新の最前線にあるからです。そして、Wikipediaの未解決問題のページを閲覧していた時、高温超伝導の未解決問題に目が留まりました。この問題は、問題を説明することと、問題を見つけ出すことの両方の価値を体現しているからです。

この研究をさらに進める予定はありますか？今年は高温超伝導の候補物質のリストを計算的に生成したので、予測した超伝導体を物理的にテストする予定です。

科学研究のどんなところが楽しいですか？科学研究をすると、自分が何をしたとしても、それが誰よりも先駆者であり、世界に新しい知識をもたらすという点が楽しいです。自分の研究が将来の世代の役に立つかもしれないと思うと、とてもワクワクします。

ベルビュー高校10年生、コシャ・ウパディヤイさん、「言語認識型マルチモデル人工知能システムによる認知症患者のための認知プロファイリングと個別化治療推奨」

大賞：行動・社会科学部門第3位、特別賞：アメリカ心理学会第3位

なぜこの研究分野に惹かれたのですか？メモリーケアセンターでのボランティア活動を通して、世界中で何百万人もの高齢者を脅かす致命的な病気である認知症について学びました。そして、その根本的な原因が、適切なプロファイリングと治療法の推奨のための技術の欠如にあることを知りました。認知症と共に生きる人々の日々の苦闘を目の当たりにし、この問題に対処するための解決策を見つけたいという思いに駆られました。

この研究をさらに進めていく予定はありますか？自然言語処理とニューラルネットワークを用いて、認知症のプロファイリングと個別ケアに携わる医療従事者のように思考するシステムを開発しました。将来的には、私のスマートAlexaスキルが、記憶ケアセンターや自宅で医療専門家の代わりに、認知症の人々に低コストで質の高いケアを提供するようになることを思い描いています。

科学研究のどんなところが楽しいですか？研究は私を可能性の世界へと連れて行ってくれ、解決不可能に思える問題に対して斬新な解決策を発明させてくれます。研究は私にとって、業界の基準を再定義し、学術的な規範をはるかに超えた学びを得て、一人の人生だけでなくコミュニティ全体に変化をもたらすための、力強いプラットフォームです。

アンジャリ・スリーニヴァス（11年生）、テスラ・ステム高校、 「アルツハイマー病の鑑別診断のための血液ベースのバイオマーカーを特定する機械学習アプローチ」

大賞：計算生物学部門第4位、特別賞：アメリカ統計学会優秀賞

なぜこの研究分野に惹かれたのですか？私はコンピューターサイエンスと生物学の両方にずっと興味を持っていて、この2つの分野の交差点で何かを追求したいと思っていました。しかし、特にアルツハイマー病の研究に惹かれたのは、数年前に残念ながらアルツハイマー病とパーキンソン病と診断された私の祖母の存在でした。この夏、インドで祖母を訪ねる機会があり、祖母がキッチンを探したり、歩いて行ったり、最後に何を食べたかを思い出すことさえ、さらには私の名前を思い出すことさえも苦労しているのを見ました。将来の世代が、愛する人が同じように苦しむのを見なくて済むよう、この分野に何か貢献したいと思いました。

この研究をさらに進める予定はありますか？ 他の研究著者と連携し、機械学習/分析パイプラインを実行できる、より大規模なデータセット（この分野における最大の課題/制約の一つ）を収集するなど、研究を継続していく予定です。私の研究目標は、簡単な血液検査でアルツハイマー病の鑑別診断と早期診断に使用できる、再現性と堅牢性を兼ね備えたバイオマーカーを発見すること、そして潜在的な治療経路を特定することです。そのため、より多くのデータが得られれば得られるほど、研究結果への信頼性が高まります。

科学研究のどんなところが楽しいですか？発見と探求という純粋な思い、何ヶ月もかけて緻密な研究論文を読み進め、理解が深まった時の衝撃的な感覚、世界で最も差し迫った問題に貢献するために自ら道を切り開いていく感覚、そして同じ志を持ち情熱的な仲間たちとのネットワークに加わること。これらは、科学研究をこれほどまでに価値があり、比類のないものにしている多くの側面のほんの一部に過ぎません。

ハリシュ・クリシュナクマールさん（11年生、テスラ・ステム高校） 「実データとシミュレーションデータを用いたディープラーニングによるリング銀河の解析」

特別賞：特許商標庁協会賞、サウジアラビアのキングファウド大学への奨学金

なぜ今の研究分野に惹かれたのですか？小学6年生の時に、サイエンスオリンピックというコンテストに参加しました。そこで天文学の競技に出場し、ガス星雲や遠くの銀河について学びました。それ以来、太陽系外の天体の研究に夢中になっています。そこで、コンピュータサイエンスへの興味と天文学への情熱を組み合わせ、未だに研究が極めて不十分なリング銀河の知識を深めようと決意しました。

次は何に取り組んでみたいですか？今後の研究では、機械学習モデルをより多くの未分類データセットに適用し、機械学習モデルの改良をさらに進め、リング自体の特性についてさらに研究したいと考えています。また、天文学における機械学習の応用についてもさらに探求し、今年学んだスキルセットを活用し、さらに発展させる新しいプロジェクトにも取り組んでいきたいです。 

科学研究のどんなところが楽しいですか？研究は誰でもできる、というところが気に入っています。以前は、天文学の研究は複雑な機器を使い、経験豊富な人が行うものだと思っていましたが、今年、高校生でも適切なモチベーションがあれば挑戦できると知りました。もう一つ楽しかったのは、多くの人が考えるのとは反対に、困難に遭遇したことです。何日も悩んでいた問題を解決したときの満足感は格別でした！

テスラ・ステム高校11年生、ドゥルヒン・ボーワルさんとアリハント・シンさん、 「山火事は燃え尽きた：人工知能を使って山火事の成長の重要な側面を模倣する」

大賞：地球環境科学部門4位、特別賞：アリゾナ州立大学奨学金

なぜこの研究分野に惹かれたのですか？人類はたった一つの世界しか持たず、そこではかつて存在したあらゆる王、農民、有力者、貧乏人、聖人、罪人が生き、そして死んでいったという事実を認識することが重要です。この世界を守ることが私たちの最優先事項であるべきであり、だからこそ私たちはこの分野で研究を進めたのです。

この研究をさらに進める予定はありますか？ Asynchronous-Advantage-Actor-Criticアーキテクチャを活用してニューラルネットを強化し、モデルを火災リスクシステムと統合し、火災によって発生する気象などの現象に対応するサブモデルを組み込むなど、この研究をさらに進めていく予定です。 

科学研究の何が楽しいですか？賞やスピーチ、名誉ある表彰など、期待は膨らみます。しかし、真の科学者の探究心には、これらが不可欠な要素ではありません。真の科学者の探究心は、何か新しいものを発見したり、既存の知見を覆したり、たとえわずかでも世界に貢献できる何かを創造したりする喜びにあります。

インターレイク高校10年生、ロハク・ジェインさん、 「薬剤誘発性難聴のメカニズムの解明：ゼブラフィッシュにおける有毛細胞の再生と炎症の制御因子としてのインターフェロンガンマシグナル伝達の特徴づけ」 

なぜこの研究分野に惹かれたのですか？私の研究は薬剤性難聴を研究対象としていますが、その主な理由は、現在、米国食品医薬品局（FDA）が承認した薬剤が不足していることです。さらに、米国では毎年1,000万人以上の産業労働者が聴器毒性化合物に曝露されていることを考えると、この問題の幅広い研究対象にすぐに興味を惹かれました。

この研究をさらに進める予定はありますか？現在、計算解析で発見した遺伝子共発現の傾向を、in situハイブリダイゼーションやCRISPR遺伝子ノックアウトなど、様々な実験的アプローチを用いて検証することを検討しています。標的遺伝子を蛍光標識することで、モデル生物における遺伝子発現と局在をリアルタイムでモニタリングできるようになることが理想的です。

科学研究のどんなところが楽しいですか？科学的方法の一つ一つのステップを踏み出すことは、とても知的に刺激的です。常に新しい疑問を持ち、批判的思考者として自分自身に挑戦し続けることは、早い段階で身につけておくべき非常に貴重な資質だと感じています。