千字解读！第 76 届 ISEF 获奖作品全面剖析！看跨学科创新如何破解全球难题！

2025 年 5 月 16 日，第 76 届国际科学与工程大奖赛（ISEF）总决赛在美国俄亥俄州哥伦布市圆满落幕。这场被誉为全球青少年科学竞赛 “世界杯” 的赛事，吸引了来自 60 多个国家和地区的近 1700 名决赛入围者。

一、获奖作品概览

（一）环境工程领域

环境工程领域的 78 个参赛项目呈现出显著的技术格局：水处理（25%）与废物管理（20%）主导技术研发方向，碳中和（15%）、生物技术（15%）与人工智能（10%）形成三大创新增长极。其中，ENEV001 项目聚焦居家场景中的甲醛污染，开发出检测 - 净化一体化的便携式设备。该项目通过三大突破性设计：① Fe-TiO₂单纳米颗粒光催化体系实现常温高效矿化；② 电化学传感模块与光催化反应器的嵌入式耦合；③ 基于智能手机的轻量化人机交互界面，成功将设备成本降低，体现了 “科技平权” 的创新理念，使低收入家庭也能获得实验室级空气质量保障。

（二）动物科学领域

动物科学领域的 52 个参赛项目中，动物行为与保护（45%）、环境压力（15%）和疾病研究（12%）构成三大核心方向，技术创新（10%）与农业应用（10%）展现学科交叉趋势。ANIM015T 项目在热泉国家公园建立首个两栖爬行动物分布数据库，结合 MaxEnt 生态位模型与非度量多维标度分析，精准绘制 38 个物种（含 10 个首次记录种）的栖息地分布图谱，揭示海拔和水体距离主导 84.6%-92.3% 物种分布的核心规律，并捕捉到种群季节性波动特征。该项目通过长期观测与前沿建模技术的深度耦合，为传统领域提供了新的创新路径。

（三）生物医学和健康科学领域

生物医学方向共 86 个课题，主要集中在癌症精准靶向（23%）与耐药突破（7%）、慢性病防治（代谢 / 神经退行性疾病 22%）、技术驱动领域（基因治疗 8%+AI 诊断 7%）及环境健康挑战（6%）。BMED088 项目聚焦三阴性乳腺癌，整合临床表型与多组学数据，采用贝叶斯网络架构解析分子互作网络，并通过 LASSO-PCA 联合降维策略，在保持 90% 以上预测精度（AUC>0.9）的同时实现模型透明化。该项目证明了通过深度解构临床需求、精细化设计数据整合策略，即使采用 “非前沿” 技术，依然能产出具有转化价值的解决方案。

（四）工程技术静力学及动力学领域

ETSD057 项目成功验证了一种基于挤出与拉挤复合工艺的塑料回收技术，可将废弃 PLA、PET 及 3D 打印废料转化为高质量打印细丝。该项目通过优化三温区控温，结合自制设备，将细丝公差精准控制在 ±0.2mm，整机能耗仅 0.89kWh，较传统工艺效率提升约 45%，证实了家庭作坊级分布式回收的可行性，为减少塑料填埋提供了低成本解决方案。

（五）天文物理学领域

PHYS001 项目利用现代飞行计算机的能力，设计并试飞了一种斜翼飞机。这种飞机的一个机翼向前扫，另一个机翼向后扫，可以有效地解决空气动力学中的耦合问题。该项目通过计算机辅助设计和计算流体动力学模拟，验证了这种设计的有效性，与传统对称设计相比，可以减少 9.2% 的阻力，有望在全球范围内节省高达 250 亿美元的燃料成本，并减少 9600 万吨的年度二氧化碳排放量。

（六）生物医学工程领域

ENBM011 项目开发了 RetinAI—— 全球首款低成本可穿戴式视网膜母细胞瘤（RB）早期诊断系统。该系统由眼外检测模块和眼内视网膜成像模块构成，采用 YOLOv11 和 ResNet-50 深度学习模型，灵敏度达 98% mAP，可识别小至 1mm 的病变，准确率最高达 97%。硬件基于 3D 打印头戴设备，搭载树莓派 5 处理器、双光谱 LED 光源及 20D 镜头，整机成本低廉，旨在解决资源匮乏地区 RB 诊断难题，降低晚期病例眼球摘除风险。

（七）环境工程领域的 EAEV059T 项目

该项目结合了机器人、AI 算法以及生物，在精准农业领域展现出显著创新价值。其核心优势在于：① 突破性地将植物源农药 MeJA 与智能算法结合，相比传统农药可降低 90% 环境毒性；② 自主研发的 GAN 损伤评估系统实现叶片损伤量化误差 < 3%，较人工检测效率提升 20 倍；③ 路径规划算法使施药路线缩短 35%，配合动态学习机制使农药使用量减少 40-60%。

（八）系统软件领域的 SOFT035 项目

该项目将前沿的量子机器学习应用于洪水预测领域，主要创新点为：在技术原创性上，摒弃 ZZ 特征映射的通用范式，首创基于数据集特征解构的定制化量子电路，通过量子纠缠动态编码环境参数耦合关系，使模型可解释性提升 40%；在方法论革新上，提出数据驱动的 QML 架构设计原则，将传统 “数据适配量子硬件” 范式转变为 “量子硬件定制服务数据特征”；在应用突破性上，在气候变化敏感领域验证 QML 实用价值，洪水预测准确率达 89.7%，较文献报道的经典 LSTM 模型提升 19.3%，为灾害预警响应争取关键 48 小时窗口期。

（九）科技改变艺术领域的 TECA001T 项目

该项目为视障人群提供了创新的环境交互方式，技术突破与社会价值层面实现双重创新：在技术融合创新上，将深度学习的深度图解析与触觉马达的强度调制动态耦合，实现空间信息向振动能量的实时转化，较传统 SSD 设备成本降低 83%；在人机交互优化上，通过灰度 - 振动强度映射机制，突破触觉编码单向传递局限，使视障用户可构建二维空间感知模型，较文献中的基础振动技术交互维度提升 200%；在社会普惠价值上，单机成本 <$50 的解决方案契合文献倡导的技术普惠理念，为全球 3900 万视障人群提供经济可行的环境感知工具，助力实现联合国 SDG 第 10 项（减少不平等）目标。

二、获奖作品的共同特点

跨学科融合：获奖作品普遍运用了跨学科的理论和技术，如将物理、化学、生物、计算机、工程等不同学科的知识和方法相结合，形成了独特的创新解决方案。这种跨学科的思维模式和研究方法，使得项目能够从多个角度深入分析问题、整合资源，展现出强大的综合性和应用潜力。

聚焦全球性问题：参赛作品紧密围绕当下全球面临的诸多挑战，如环境保护、医疗卫生、资源利用、灾害预警等，致力于通过科技创新为这些问题提供切实可行的解决思路和方法。这体现了青少年科研工作者们对社会现实问题的关注和责任感，以及他们运用科学知识改善人类生活、推动社会发展的决心和能力。

创新性与实用性的统一：在追求创新性的基础上，获奖作品也注重成果的实用性和可转化性。项目的创新点不仅体现在理论或技术的突破上，更在于能够将这些创新成果应用于实际场景中，解决实际问题，产生明显的社会价值或经济效益。这种创新与实用的结合，使得项目更具现实意义和推广前景，也更符合 ISEF 对科研成果能够为社会带来积极影响的期望。

三、ISEF 赛事简介

ISEF 面向全球 9 - 12 年级的中学生，涵盖物理、化学、计算机、工程、社会科学、生物学等 22 个细分学科。作为全球重量级的青少年科研科创赛事，ISEF 素有青少年 “科创世界杯” 之称，其评审的专业性和严谨性有力保障了赛事学术水准。2023 年 ISEF 新增一个全新学科：Technology Enhances the Arts（代号 TECA），该学科已从 2024 新赛季开始生效。

四、ISEF 的重要性和获奖意义

学术与个人发展：参与 ISEF 能提升学术水平与科研能力，培养批判性思维、问题解决能力和创新精神；拓宽国际视野，与全球优秀学生和专家交流互动。

大学申请与职业发展：ISEF 获奖者在大学申请中竞争力强，该奖项获世界顶尖大学认可，据统计，超半数获奖学生被美国 Top 大学录取，不乏藤校。大学招生官视 ISEF 参赛经历为学生学术能力、创新精神和科研潜力的重要证明。

第 76 届 ISEF 获奖作品充分展示了跨学科创新在解决全球难题中的强大力量，为青少年科研工作者们树立了优秀的榜样。这些作品不仅体现了参赛者扎实的科研能力和创新思维，更彰显了他们对社会和人类未来的深切关怀。