Anna Du lief gerade am Strand von Castle Island in South Boston entlang, als sie Plastik auf der Küste bemerkte. Sie griff nach unten, um es aufzuheben, und stellte schnell fest, dass es viel mehr winzige Stücke gab, als sie handhaben konnte.
"Als ich merkte, wie viele Stücke es gab, schien es unmöglich", sagt Du, der zu dieser Zeit in der sechsten Klasse war.
Aber Du ging an das Problem heran wie jeder gute Wissenschaftler - zunächst mit ein wenig Nachforschungen. So erfuhr sie, dass jedes Jahr 8 Millionen Tonnen Plastik in den Ozeanen landen - und das zusätzlich zu den gewaltigen 150 Millionen Tonnen, die es bereits gibt.
Dann machte sie sich an die Arbeit, um etwas zu bauen, das das Problem lösen könnte: ein ferngesteuertes Fahrzeug oder ROV, das sich durch Wasser bewegen und Kunststoffe auf dem Meeresboden erkennen kann.
Du ist einer von 30 Finalisten im Broadcom Masters-Wettbewerb, einem der weltweit besten Wettbewerbe für Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM) für junge Studenten. Der von der Broadcom Foundation und der Society for Science and the Public organisierte Wettbewerb läuft seit acht Jahren. In diesem Jahr wurden nach Teilnahme an regionalen Wissenschaftsmessen fast 5.000 Sechst-, Siebt- und Achtklässler nominiert, von denen sich 2.500 online bewarben. Dieser Pool wurde auf 300 Projekte eingegrenzt, die als „Broadcom Masters“ bezeichnet werden. Jetzt sind die 30 besten Finalisten in Washington DC versammelt, um ihre Projekte vorzustellen. Ein Hauptpreis von 25.000 USD sowie weitere Geldpreise werden heute an der Carnegie Institution for Science bekannt gegeben.
Das ROV von Du besteht aus PVC-Rohren. Inspiriert von ROVs aller Art, wie dem Curiosity Lander, der die Marsoberfläche und das Nereid ROV der Tiefsee an der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ausspioniert, verfügt Du's ROV über zwei separate Systeme, ein Navigationssystem und ein Erkennungssystem. Das Navigationssystem ist ziemlich einfach: Es verwendet Propeller, um sich durch das Wasser zu bewegen, und eine neuartige Kombination aus Angelgewichten und Schaumschwimmbädern, die es ihm ermöglichen, sich auf und ab zu bewegen.
„Die wirkliche Erfindung ist hier das Erkennen“, sagt die Robotikerin und Ingenieurin Dana Yoerger, die mit dem WHOI-ROV Nereid zusammenarbeitet, das große Entfernungen in der Arktis zurücklegt und eine Reihe von akustischen, chemischen und biologischen Sensoren an Bord beherbergt. Aus Ehrfurcht vor Nereid nannte Du sie ROV Nereid Jr., obwohl ihr Fahrzeug andere Fähigkeiten als sein Namensvetter besitzt. „Das ROV ist für eine 12-Jährige gut gemacht, und ihr ROV ist ziemlich schlau“, fügt Yörger hinzu.
Das Erkennungssystem, stimmt Du zu, ist das "eigentlich coole Teil". Sie verwendet eine hochauflösende Infrarotkamera zusammen mit drei verschiedenen Lichtarten, um den Kunststoff zu erkennen. Die Nachweismethoden von Du bestehen aus zwei verschiedenen Wellenlängen von Infrarotlicht, die die Absorptionsspektren in Mikroplastik beleuchten und sie von Sand und Pflanzen abheben. Sie verwendet auch sichtbares Licht, um unnatürliche Farben zu erkennen, die die Kunststoffe hervorheben könnten. (Du war auch eine von zehn Finalisten bei der Discovery Education 3M Young Scientist Challenge in diesem Jahr. Sie können eine Demo in ihrem Anwendungsvideo sehen.) Der Apparat sammelt die Mikroplastiken nicht wirklich, identifiziert jedoch, wo sie sich ansammeln. Sie hat die Funktionselemente des ROV zum Patent angemeldet.
"Sie verfügt über einen beeindruckenden technischen Grundinstinkt, um ein Problem wie dieses zu lösen und es dann zu lösen", sagt Casey Machado, die auch ein WHOI-Ingenieur ist und mit Nereid zusammenarbeitet. „Sie war in der Lage, die technischen Arbeiten, die Konstruktion und das Design fortzusetzen, um einen funktionierenden Prototypen zu erstellen, der sehr cool ist. Es klingt einfach, aber es ist eine Ebene des Denkens, die wirklich beeindruckend ist. “
Als Du zum ersten Mal über die Herausforderung des Lokalisierens von Mikroplastik für Ozeane las, die im Gegensatz zum Great Pacific Garbage Patch nicht auf der Oberfläche schwimmen, wusste sie, dass ein ROV das effizienteste Werkzeug für diese Aufgabe sein würde. Die Entnahme von Eimern und Eimern mit Wasserproben und deren Analyse in einem Labor konnte niemals im erforderlichen Maßstab erfolgen. Sie brauchte ein mobiles Labor, in dem die Kunststoffe vor Ort gefunden werden konnten.
Du hat an öffentlichen Veranstaltungen und Workshops am MIT teilgenommen, seit sie fünf Jahre alt war, und so hat sie die technischen Fähigkeiten, die zum Aufbau ihres ROV erforderlich sind, aus diesen Sitzungen, Herstellerlabors in lokalen Bibliotheken und YouTube erlangt. Sie sagt, es sei schwierig gewesen, ihr Gerät tatsächlich dazu zu bringen, sich gut durch das Wasser zu bewegen. Bevor sie beispielsweise Angelgewichte hinzufügte, drehte sich das ROV um, wenn sie versuchte, es auf und ab zu bewegen. Es gab eine Menge Versuch und Irrtum, als sie ihr ROV in Boston Harbor testete.
Du testest Nereid Jr. im Hafen von Boston. (Broadcom Masters) "Anna ist eine Kraft, mit der man rechnen muss - all diese Finalisten sind es", sagt Maya Ajmera, Präsidentin und CEO der Gesellschaft für Wissenschaft und Öffentlichkeit. „Was mich an allen Kindern, die an unseren Wettbewerben teilnehmen, beeindruckt, ist, dass sie sich mit großen Problemen auseinandersetzen. Sie betrachten ein großes Problem und schränken es ein, bis sie zu etwas Machbarem kommen, gegen das sie etwas unternehmen können. Mit Annas Projekt können Sie das große Ganze sehen. “
Das ist Du auf den Punkt gebracht. Bei der Frage nach zukünftigen Plänen erwähnt sie, dass sie die Auswirkungen des Klimawandels irgendwie angehen möchte.
„Gerade angesichts des Klimawandels auf der ganzen Welt gibt es meiner Meinung nach viele Probleme, die mit neuen Erfindungen gelöst werden könnten“, sagt Du. "Im Moment konzentriere ich mich hauptsächlich auf Kunststoffe, weil noch ein langer Weg vor mir liegt."
Für Nereid Jr. besteht der nächste Schritt in der Entwicklung eines künstlich intelligenten Systems, mit dem ein Vorhersagealgorithmus für die Aggregation von Mikroplastik erstellt werden kann.
Du würdigt ihre Eltern, die sie seit Jahren an den Wochenenden zu den Aktivitäten des MIT für Studenten mitgenommen haben, für die Förderung und Unterstützung ihres Interesses an MINT. Sie sagt, sie habe dort Studenten und Wissenschaftler kennengelernt und sich daher vorgenommen, die Universität zu besuchen und Ingenieurin zu werden.
"Ich weiß, dass ich Ingenieur werden möchte, weil ich gerne Dinge baue, die bei der Lösung von Weltproblemen helfen", sagt Du. "Aber ich bin mir nicht sicher, was für ein Ingenieur ich noch sein möchte."
In ihrem Alter hat sie viel Zeit, um das herauszufinden.
