赛事动态 - 第 5 页 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

2025 Regeneron ISEF大奖-ROB机器人与智能机器获奖作品汇总-1

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-ROB机器人与智能机器2025获奖作品方便学习

ROBO004 - 设计植物病害抑制机器人

主要目标是构建一个能够自主管理植物病害的机器人，以实现高效的农业病害管理。传统方法耗时、费力且不准确，导致作物减产和经济损失。当前的原型机采用了 Jetson Nano 进行控制，并用于未来的 AI 应用，已在花园条件下的户外测试中成功完成，测试内容包括可操作性、液体喷洒和图像采集质量。\n\n我们使用了一台低成本多光谱相机，该相机采用 OCN（橙色、青色、近红外）滤光片，在检测作物健康状况时（主要估算叶绿素含量）具有更高的精度。\n两个 YOLOv8 实例分割模型采用三阶段方法进行训练：首先在合成的多光谱/RGB 数据集上进行训练，然后在合成的多光谱/RGB 植物数据集上进行训练，最后两个模型都基于机器人将要操作的花园中收集的真实多光谱植物数据进行优化。最终训练数据使用了 OSAVI 多光谱指数。\n\n在模型训练的最后阶段，RGB 预训练模型的 mAP@50 为 28.5%，mAP@50-95 为 16.1%，mAP@50 (M) 为 27.9%，mAP@50-95 (M) 为 15.1%；而合成多光谱预训练模型的 mAP@50 为 25.0%，mAP@50-95 为 15.4%，mAP@50 (M) 为 23.6%，mAP@50-95 (M) 为 14.3%，这表明 RGB 预训练带来了更高的最终检测准确率。由于最终数据集有限，截止期限前仅有 12 张带标签的多光谱图像，这可能会影响这两个模型的泛化能力。在物理方面，我采用了一种新的机械臂设计，将电子设备压缩到轻型 3D 打印外壳中，并添加了流体喷涂功能，现在全部都可以运行了。

ROBO011T - 机器学习 IMU 处理和 PD 视觉监控

超过一千万人患有帕金森病 (PD)，这是一种无法治愈的运动障碍，严重影响日常生活。80% 的晚期帕金森病患者会患上冻结步态 (FoG)，导致患者突然无法活动并跌倒。因此，PD 患者行走时经常低头，需要导航辅助。此外，超过 75% 的患者会出现静止性震颤（不受控制的颤抖），从而影响运动功能。因此，本研究提出了 GaitGuardian——一种针对晚期帕金森病患者的整体机器学习 (ML) 解决方案，包括 FoG 预测、跌倒和震颤检测以及视觉监测。首先，FoG 预测算法使用加速度计数据标记“FoG 前”状态（FoG 发生前 2 秒）。采用双注意力机制增强的混合 CNN + biLSTM 模型可捕捉空间和时间特征，实现高灵敏度和特异性。跌倒检测在 IMU 数据上运行 ML 集成，准确率接近完美。震颤检测使用基于腕戴式 IMU 数据训练的轻量级一维 CNN。最后，视觉监控将使用基于云的变换器和卷积模块的物体+深度检测主干与用于文本输出的多模态大型语言模型配对。应用过采样、特征提取、低通滤波和调优等机器学习技术来优化精度和计算量。在物理构造方面，连接到 ESP32-S3 的 6 自由度惯性测量单元 (IMU) 采用 PLA 封装，并通过 USB-C 接口供电和传输数据。行走时，该设备可佩戴在躯干上；佩戴在手腕上，通过触觉反馈进行震颤矫正。最后，将一个 2 MP Arducam 放置在用户的额头上，使用 BLE-5 进行数据传输（通过 ESP32）。总而言之，GaitGuardian 可以预测雾状震颤 (FoG)、检测跌倒、矫正震颤并监测周围环境，同时性能优于现有模型，证明了其对帕金森病 (PD) 患者的益处。

ROBO014T - 用于物体检测的协调无人机

本研究旨在设计、构建和测试一套用于广域物体识别的多无人机 (UAV) 系统。广域物体识别广泛应用于各种任务，例如搜救任务，这些任务通常耗时且对相关人员来说十分危险。在该系统中，多架定制无人机与任务控制服务器 (MCS) 通信。每架无人机都是配备摄像头和图像处理计算机的自主四轴飞行器。这些无人机使用计算机视觉和基于特定应用数据训练的人工智能模型来处理摄像头传来的图像，从而执行物体检测。MCS 允许操作员选择搜索区域，然后计算每架无人机负责搜索的区域。MCS 负责协调所有无人机，同时监控它们的位置和发现的目标。然后，每架无人机根据从 MCS 收到的坐标点创建自己的优化飞行路径，同时结合其飞行高度和摄像头的视野范围进行考虑。验证后，我们分别计算了原版 YOLO 模型和 VisDrone 训练模型的 F1 得分（F1 分数），以此作为准确度的统计指标。结果表明，基于 VisDrone 数据集训练的模型比原版模型更准确；定制训练模型的 F1 得分为 0.96，而原版模型的 F1 得分为 0.87。在使用多架无人机进行测试时，该系统每秒覆盖的搜索区域增加了 57.87%，同时 F1 得分达到了 1.00，这意味着没有遗漏或错误地检测到目标。此外，凭借其物体检测能力，这项技术还可以用于其他任务，例如野生动物识别和其他形式的环境测绘。

ROBO019 - 提高持续学习的泛化能力

虽然监督学习或自监督学习的预训练最近在持续学习 (CL) 中通过学习可泛化特征展现出巨大的潜力，但它需要一个与目标数据集类似的大型外部数据集。这类数据集可用于流行的基准数据集，但在实际应用中往往不可用。因此，许多研究仍然从头开始训练随机初始化的模型。然而，目前尚无此类研究探索引入可泛化特征的替代方法。因此，本文在 CL 的一个子集——无样本类增量学习 (EFCIL) 中重新探讨了自监督标签增强 (SSLA)。虽然 SSLA 之前已被提出，但它的使用方式极其简单，这被发现会损害现代 EFCIL 算法的性能。因此，基于理论观察，本文提出了两项修改，以使 SSLA 更好地适应 EFCIL 环境：仅对初始任务执行 SSLA，以及仅对非增强类 logits 执行知识蒸馏。此外，由于 SSLA 依赖于旋转或颜色变化特征，而这些特征可能并非存在于所有数据集中，因此其局限性也显而易见。因此，针对此类设置，我们提出了一种新的 SSLA 增强方法，即在图像频域上使用二值低通和高通滤波器。我们已在 CIFAR-100、Tiny-ImageNet 和 Skin23 数据集上对所提出的方法进行了评估，结果表明，最终任务准确率较最优方法分别提升了 2.5%、2.7% 和 0.4%。

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2025 Regeneron ISEF大奖-PLNT植物科学获奖作品汇总-4

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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PLNT043 - 在植物中生产 AMP 以实现高效治疗

预计在2025年至2050年间，抗生素耐药性感染将导致全球超过3900万人死亡，每年的治疗费用超过660亿美元。与其替代无效抗生素，不如恢复它们。植物产生的抗菌肽 (AMP) 提供了一种前景光明但尚未开发的协同治疗方案。然而，缺乏关键的临床前评估阻碍了 AMP 的临床转化。本研究旨在利用烟草花叶病毒 (TMV) 载体在本氏烟中表达 AMP，以评估其纯度、抗菌性、细胞毒性和协同作用。将 TMV-AMP 质粒插入农杆菌中，使其通过农杆菌侵染进入本氏烟。TMV-AMP 植物感染后，通过反相高效液相色谱 (RP-HPLC) 纯化 AMP。通过PCR、大肠杆菌MG1655抗菌试验、人胚肾(HEK)和人真皮成纤维细胞(HDF)细胞毒性试验以及AMP与阿奇霉素联合作用对抗耐药大肠杆菌PI-7的协同作用试验评估AMP的活力。AMP对大肠杆菌MG1655表现出抗菌活性，最低抑菌浓度为50 µg/mL，细菌抑制率为92.46%±4.53。AMP对HEK和HDF表现出极低的细胞毒性，在浓度高达50 µg/mL时仍能保持>90%的细胞活力。达到最低细胞毒性和最大抗菌活性的最佳AMP浓度为50 µg/mL，最终植物表达产量为2.1 mg/mL，为已报道的植物TMV表达的最高产量。抗菌肽增强了阿奇霉素对大肠杆菌PI-7的疗效；这种组合疗法每剂成本不到1美分。这项研究凸显了将抗菌肽转化为临床治疗手段的潜力，即一种经济有效且临床可行的治疗方法，以恢复抗生素疗效，并有望在2050年前挽救生命。

PLNT049 - 提高海洋微藻的热耐受性

海洋微藻贡献了其生态系统近50%的氧气产量和初级生产力，使其成为海洋环境中不可或缺的生物。这些生物还能吸收大量的二氧化碳，在缓解气候变化方面发挥着至关重要的作用。然而，由于其最大热值的限制，预计不断升高的海洋温度将对大多数海洋微藻物种产生负面影响。此外，据推测，到2100年，20%-40%的微藻物种将失去其目前的栖息地。由于共生藻与珊瑚宿主的共生关系，使珊瑚能够获得必需的营养，因此在以下研究中尤为重要。然而，珊瑚白化已成为一个全球性问题，越来越多的共生藻因其周围温度超过其最大热值而死亡。去年记录了历史上最严重的珊瑚白化事件之一，77%的珊瑚礁受到了影响。鉴于共生藻（Symbiodinium）的突出地位，本研究旨在利用反向遗传工程来识别可能使海洋微藻表现出更高耐热性的特定基因。通过电穿孔将启动子区插入微藻细胞，产生随机突变体，然后将转化的菌落置于其最高耐热温度下进行筛选。结果显示，一个菌落可能表现出更高的耐热性，这有待进一步试验和测序来证实。由于共生藻（Symbiodinium）基因组的复杂性，我们以海洋微拟球藻（Nannochloropsis oceanica）作为模型物种，以更好地了解该生物的整体遗传学特征。

PLNT050T - PETase 优化用于微塑料分解

源自各种来源的微塑料威胁着墨西哥湾等生态系统，它们在食物链中积累，影响着大量野生动物和人类。另一方面，携带PETase等酶的微生物为将塑料分解成危害较小的成分提供了一种颇具前景的解决方案。目前的植物-微生物共生关系仍在进行这种生物修复，但降解率普遍较低。湿地作为颗粒到达海洋等较大水体前的天然过滤器，为此类相互作用提供了理想的环境。本实验深入探讨了这些关系如何帮助应对微塑料危机。从加尔维斯顿湿地原生的抗逆性禾本科植物互花米草中分离出44种细菌，其中6种细菌在PET微塑料渗透环境中表现出PETase活性，PET微塑料是许多塑料容器中常见的塑料类型。虚拟模拟被用于修改基因，以在互花米草根际创造高Ca2+和Mg2+浓度的最佳PETase活性条件。计算机模拟预测表明，这些工程转运蛋白可使根区 Ca2+ 和 Mg2+ 浓度增加 5 倍以上。随后，研究人员在实验室试验中重复了这些预测的离子水平，以测试其对 PETase 活性的影响。结果显示，在为期三周的实验室测试中，PET 微塑料的降解率提高了 52%。此外，经离子处理的植物的健康和结构完整性得以维持，这表明引入的浓度不会对植物生长产生负面影响。这些研究结果表明，增强湿地植物有望成为解决微塑料污染的天然、可持续解决方案。

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2025 Regeneron ISEF大奖-PLNT植物科学获奖作品汇总-3

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

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知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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PLNT032T - 呕吐冬青中的咖啡因生产

咖啡和茶是世界上最受欢迎的饮料之一，含有大量的咖啡因，一种中枢神经系统兴奋剂。许多植物已被证明可以利用三种被称为咖啡因合酶 (CS) 或黄嘌呤甲基转移酶 (XMT) 的基因来产生咖啡因。一种产生咖啡因的植物是冬青催吐树 (Yaupon Holly)，它是北美仅有的两种产生咖啡因的植物之一。它与巴拉圭冬青 (Yerba Mate) 密切相关，巴拉圭冬青是已知的唯一一种能够产生咖啡因的冬青属植物。我们调查了三个假设：(1) 我们测试了催吐树中是否存在咖啡因合酶型基因，(2) 我们测试了催吐树和巴拉圭冬青中负责咖啡因合成的基因是否密切相关，以及 (3) 我们测试了这两个物种中咖啡因产生的生化途径的相似性。为了验证这些假设，我们首先进行了转录组测序。然后，我们鉴定了催吐冬青RNA序列中存在的咖啡因合酶基因，并且明显缺乏XMT基因。为了扩增这三个候选基因，我们进行了逆转录聚合酶链式反应。之后，我们克隆了这些基因并将其转化到大肠杆菌中。我们利用酶联免疫吸附试验检测了培养物中的这些酶，并构建了系统发育树来分析这些数据。系统发育树显示，IvRT1与IpCS3密切相关，IvRT8与IpCS2密切相关。然而，催吐冬青的转录组中没有与IpCS1紧密匹配的序列。最后，我们的酶联免疫吸附试验表明，IvRT8能够甲基化3-甲基黄嘌呤生成可可碱，这与预期一致。这一结果与巴拉圭冬青已知的生化途径相似。

PLNT038T - 植物提取物对种子发芽的影响

有限的杂草抑制处理方法导致多种入侵物种产生除草剂抗性，威胁着作物产量和全球粮食安全。化感作用——生物体自然释放的生物化学物质影响邻近植物生长——提供了一种可持续的替代方案。本项目研究了水提取物对入侵物种黑麦草（Lolium perenne）的化感作用，以寻找保护农作物玉米（Zea mays）的可持续方法。从以化感作用而闻名的黑胡桃（Juglans nigra）和鼠尾草（Salvia apiana）的叶子中提取提取物，并将其应用于含有玉米（Zea mays）和黑麦草（Lolium perenne）种子的培养皿中。7天后测量发芽率，并计数任何可见的突起。活力指数计算为种子根和芽的平均总长度（毫米）乘以每个培养皿的发芽率。与对照组相比，最高浓度的黑胡桃提取物显著促进了玉米（Zea mays）的发芽，同时抑制了黑麦草的生长。另一方面，虽然各选定浓度的鼠尾草提取物能够抑制杂草生长，但也会对玉米生长产生负面影响。方差分析和事后检验（Tukey's HSD）证实了对照组和各实验组之间存在统计学显著差异。这些结果表明，高浓度的黑胡桃提取物具有作为有机除草剂的强大潜力。进一步研究提取物浓度的优化、在实际作物田间条件下的测试以及对提取液中植物生化物质的完整性的调查，可以为这些研究成果在农业环境中的实际应用提供支持。

PLNT041 - 通过 RUBY 质粒传递增强光合作用

由于全球对二氧化碳去除机制的需求，诸如直接空气碳捕获等解决方案正被用于过滤大气中的二氧化碳。然而，这些方法往往会造成环境破坏，例如地下水酸化。光合作用是一个消耗二氧化碳的过程，可以通过碳捕获应用来增强其功能。本研究旨在通过过滤抑制光合作用的波长来增强光合作用。我们将3S5 Ruby质粒（该质粒表达将酪氨酸转化为色素β-花青素的途径）注入植物体内，以评估该色素的抗氧化和紫外线吸收特性是否能够促进光合作用。\n\n通过细菌接合法，在12株莴苣（Lactuca sativa）植物中，有6株被注入了该质粒。分光光度分析、二氧化碳同化追踪和生物量定量用于从外部评估光合作用的差异。在光抑制波长下，组织溶液的吸光度显著增加（p值范围 = 0.0033-0.0485），表明光保护性增强。转化植物的二氧化碳吸收率也提高了37.34%，因此，产生甜菜红素的植物的生物量组成增加了57.03%，进一步证明了光合作用能力的增强。\n\n在转化植物中观察到二氧化碳消耗量、生物量组成和应激源波长吸收率的增加，这些都是体内甜菜红素产生导致光合作用增强的关键指标。这项研究提供了一种环保战略，以应对全球碳封存需求。

PLNT042 - 乙烯利诱导独脚金自杀性发芽

寄生植物独脚金（Striga hermonthica）威胁着非洲的粮食安全，并影响小农户的收入，每年造成的损失高达70亿至100亿美元。一种新兴的对抗这种寄生虫的策略是自杀性发芽。独脚金种子依赖寄主作物根系释放的独脚金内酯（SL）作为发芽刺激剂。乙烯前体乙烯利也可用作发芽刺激剂，并可与SL类似物结合使用以提高发芽率，从而实现更有效的自杀性发芽。本研究在实验室和温室条件下评估了乙烯利单独使用以及与两种SL类似物MP3和Nijmegen-1联合使用的效果，以评估其在增强独脚金种子发芽和控制独脚金出苗方面的潜力。使用未经处理的独脚金种子以及不同浓度的乙烯利（0.2–400 µM）和SL类似物进行发芽生物测定（n=5/处理）。观察到浓度依赖性效应，400 µM 乙烯利与 1.0 µM MP3 组合使用时，发芽率显著提高，达到 75% 以上，而单独使用 SL 类似物的效果有限（<45%）。在温室试验中（n=6/处理），单独使用 MP3 使独脚金出苗率降低了 67%，而其与乙烯利组合使用则使出苗率进一步降低至 85%。单独使用乙烯利仅导致出苗率降低 37%，这突显了乙烯利与 SL 类似物组合使用时作为发芽活性增强剂的作用。这些结果表明乙烯利可以增强 SL 类似物的自杀性发芽活性，为减少非洲国家的独脚金问题提供了潜在的解决方案。

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2025 Regeneron ISEF大奖-PLNT植物科学获奖作品汇总-2

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年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

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原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

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PLNT024 - 可持续柑橘黄龙病防治

黄龙病 (HLB) 又称柑橘黄龙病 (Candidatus Liberibacter asiaticus)，是全球最具破坏性的柑橘病害。目前，除紧急标签第 18 条规定的土霉素外，尚无其他注册农药可用于治疗此病。咖喱叶树 (Murraya koenigii) 对亚洲柑橘木虱 (Diaphorina citri) 极具吸引力，而木虱是柑橘黄龙病细菌病原体的传播媒介，但它本身并非病害载体。热疗是一种潜在的抑制病害、提高植物蒸腾速率的方法，从而促进杀菌剂的转移。本研究旨在利用咖喱叶中的生物活性化合物开发一种新型生物杀菌剂，并设计局部热疗框架以增强药物的吸收。该生物杀菌剂以 7.5% 的用量通过树干注射的方式用于治疗受黄龙病感染的树木。蒸汽疗法包 (ST) 是对生物疗法 (NB) 的补充。与未处理的对照组相比，ST 和 NB 的结合使病害严重程度控制提高了 45% 以上，植物活力提高了 50%，叶绿素含量提高了 53%。qPCR 分析证实，经 NB 和 ST 处理的树木的 Ct 值提高了 26%。总而言之，ST 和 NB 的效果比行业标准高出 14%，并提高了治疗效果。蒸汽疗法包是一种低成本、便携且易于使用的设备，可用于处理数千英亩的土地。这种结合咖喱叶生物杀菌剂和蒸汽疗法的综合方法，提供了一种根除柑橘黄龙病的双重策略，有望成为一种有效且可持续的解决方案，以促进全球柑橘产业的发展。

PLNT026 - 葱属植物在向性和微重力环境下的生长

随着人类探索地外农业并推进可控环境耕作，了解植物如何在非生物条件下整合定向生长信号至关重要。本研究考察了葱属植物（Allium fistulosum）在正常重力、模拟微重力（通过3D回转器；0.02 g、0.10 g、0.25 g）、均质和非均质水分分布以及中等强度磁场（拉力分别为0.10 kg、0.20 kg、0.50 kg、1.00 kg）条件下对水向性、磁向性和重力向性的生长响应。方差分析显示，处理对地上部和根系结构、生物量和叶绿素含量有显著影响。微重力条件下，地上部长度增加，静磁场（SMF）条件下，地上部伸长率增大，这可能是由于定向信号传导中断和细胞周期加速所致。微重力条件下，地上部生物量下降，水分梯度条件下也观察到进一步降低，这可能与脱落酸 (ABA) 生物合成将资源重新分配给根系发育有关。单根微重力条件下，根系生物量和数量增加，推测是由于离子通量增强、活性氧 (ROS) 信号传导以及分生组织中细胞分裂基因上调所致。微重力导致根系生长随机化，次生根形成减少，这可能是由于平衡石沉积紊乱导致生长素重新分布受损所致。在水分分布不均一的情况下观察到水纹，表现为向高湿度区域的侧枝和伸长。微重力条件下，叶绿素 a 和 b 含量降低，可能是由于质体分化受损所致，而单根微重力条件下则与色素水平升高有关。水分梯度条件下，叶绿素含量降低，可能是由于脱落酸 (ABA) 诱导的抑制。

PLNT027 - 水培番茄生长中的氮碳点

水培系统是一种高效的植物栽培方法，因其高产量和资源效率而日益普及。然而，目前的水培基质（如矿棉和酚醛泡沫）不可生物降解，存在潜在的健康风险，引发了人们对可持续性的担忧。最近开发的一种可生物降解的基质替代品是源自人发和食物垃圾的角蛋白基质。在这些基质中添加营养掺杂的碳点（CD），尤其是氮掺杂的碳点（N-CD），可以提高营养物质的利用率，从而促进植物生长。本研究旨在评估N-CD对生长在角蛋白基质中的番茄幼苗地上湿重生物量、茎长和根长的影响。番茄幼苗分别在添加氮-环糊精 (N-CD)、铜-环糊精 (Cu-CD，此前表现最佳的添加剂) 和未添加环糊精的角蛋白基质中生长，并测量了湿地上部生物量、芽长和根长，以确定氮添加的影响。结果表明，与铜-环糊精相比，氮-环糊精显著降低了根长，平均根长缩短了50%。地上部生物量和芽长无显著差异，表明基质已提供足够的氮。这些发现表明，N-环糊精中过量的氮与基质中角蛋白的释放相结合，可能会阻碍该基质中根系的发育。需要进一步研究如何优化角蛋白基质中的营养水平，以提高其作为水培农业可生物降解、废弃物衍生解决方案的潜力。

PLNT031 - 通过 NARX 模型量化作物需水量

传统的基于蒸散量 (ET) 的灌溉技术涉及来自不同来源的不确定性，包括 ET 数据和作物系数，导致灌溉过度或不足。过度灌溉造成水资源浪费，而灌溉不足则造成水分胁迫。考虑如何捕捉根区土壤水分 (SM) 动态以更准确地量化作物需水量，本研究旨在利用现代计算技术和传感器技术，从天气数据和观测到的植物根区土壤水分中开发一个机器学习模型。\n本研究使用非线性自回归外生 (NARX) 算法，该算法可以使用一些外部变量和先前的系统响应来预测未来的系统响应。方法包括 5 个不同的步骤：数据收集和处理、模型开发、参数选择、使用训练好的网络进行预测以及模型输出分析。先前（滞后）的根区总土壤水分 (TSM) 与每日平均气温和相对湿度被用作 NARX 模型的输入变量来预测 TSM，从而使用水分平衡模型计算作物需水量。本研究使用了来自橄榄园的数据集。\n结果表明，NARX 模型能够成功捕捉作物需水量 (TSM) 的动态变化，并高效准确地量化作物需水量（R2 值为 0.98），测试集的平均节水量为 21.1%。分析表明，如果将来将该模型安装在泵控制器中，应用该模型可以为农田灌溉节省大量收入。

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PLNT007 - 柑橘黄龙病的配方和检测

柑橘黄龙病（HLB）是柑橘中最具破坏性的病害，影响着所有主要柑橘种植者。在HLB导致柑橘产量下降75%并造成30亿美元损失之前，佛罗里达州曾是美国最大的柑橘产业。土霉素（OTC）是佛罗里达州柑橘种植者唯一获准使用的抗生素。然而，OTC行业标准具有植物毒性，会在维管系统中迅速结晶，并且需要不切实际的方法来检测其在树木中的转移。本项目旨在通过开发一种有效且工业上可行的OTC制剂和检测系统来治疗和预防HLB，该系统解决了行业标准在叶面和树干施用方面的局限性。拟议的治疗方案（OTC-OS-K）融合了分子建模和实验室分析证实的纳米技术、抗氧化植物化学物质、用于疾病预防的营养成分以及整体中性pH值。本研究涵盖了OTC-OS-K从概念到商业化的全过程。迄今为止的结果显示，与行业标准相比，OTC-OS-K 的有效性包括：(i) 有效中和活性氧，(ii) 光子照射后降解减少，(iii) 降低对种子发芽的抑制作用，(iv) 柑橘幼苗的吸收，(v) 对大肠杆菌的抗菌效果。与一家农用化学品公司合作，确定了 OTC-OS-K 的工业可行性：(i) 在不同储存条件下的稳定性，(ii) 不同批次结果的一致性，(iii) 对种植者具有可比的生产成本和最终成本。佛罗里达州正在进行田间试验，以测试 OTC-OS-K 对病树的有效性。最后，OXYCHECK 系统（由纸质传感器和护目镜组成）能够利用 OTC 固有的荧光现场检测叶汁中 11 PPM 的 OTC-OS-K。

PLNT009 - 基于分形维数的植物特征

尽管近年来通过 DNA 条形码等分子方法对植物进行分类出现了一定程度的争议，但形态特征（与植物的物理和宏观结构有关）仍然是植物学家和分类学家的主要工具，部分原因是它们更容易获得且更容易观察到。这项新颖的研究介绍并评估了植物叶片的另一个形态特征，该特征可用于帮助区分植物的标准种类：叶脉结构的分形维数与高度之比 (D/H)。从指定植物中收集了 970 多片叶子。作者开发了计算机程序，通过边缘检测提取叶片的叶脉结构，并确定叶片高度 (H) 和叶脉结构的分形维数 (D)。对来自同一植物的样本叶片收集的初步分析表明 D 和 H 之间存在正相关，这促使使用 D/H。研究发现，从植物正反两面采集的叶片样本，以及从同一标准物种的不同个体采集的样本之间，D/H 值均无显著差异 (p>0.05)。比较 10 个不同植物物种样本的 D/H 值时，大多数（45 个样本中的 43 个）样本的 D/H 值存在显著差异，这表明 D/H 值可以作为辅助植物分类和分类的额外形态特征。该方法尤其适用于仅存在植物叶片的分类应用，例如植物化石鉴定。

PLNT013 - 农业用壳聚糖水凝胶

水凝胶作为一种减少养分流失和改善肥料输送的输送机制而备受关注。水凝胶是一种交联聚合物，浸没时会膨胀以容纳液体。本研究重点比较了壳聚糖-明胶水凝胶扩散胶体银抗生素溶液、螯合去离子水中的罗丹明B以及提高植物产量的能力。在所有研究应用中，明胶-壳聚糖水凝胶均与乙酸进行化学交联。为了确定凝胶输送银纳米颗粒的能力，将吸收胶体银的水凝胶置于涂有粘质沙雷氏菌的培养皿中，并记录其随时间变化的抑菌圈 (ZOI)。水凝胶银扩散产生的ZOI会随着时间的推移而扩大，并且明显大于银的纸片扩散产生的ZOI。为了测试螯合能力，分析了微孔板分光光度计的吸光度测量值。将明胶-壳聚糖水凝胶与羧甲基纤维素二醛交联，然后置于装有纺织染料罗丹明B的孔板中。每24小时记录一次罗丹明B溶液的光密度读数。羧甲基纤维素二醛水凝胶仅选择性地暂时保留罗丹明B。为了比较水凝胶施肥与传统施肥的效果，我们记录了两种施肥方式下紫花苜蓿（L. sativa）的发芽率和叶片产量。与传统施肥相比，水凝胶施肥显著提高了植物产量，发芽率翻了一番。水凝胶的吸收能力为各种农业应用提供了独特的用途。

PLNT018 - 从风化层到萝卜；可持续月球农业

月球殖民需要可持续农业，利用当地资源并尽量减少来自地球的培育材料。本研究旨在在月球南极风化层模拟物 (LSP-2) 基质中种植萝卜 (Raphanus sativus)，其产量在统计上不逊于地球土壤对照植物。先前使用强化 75% 月球风化层模拟物（非 LSP-2）的研究也培育出了受压植物。需要开展研究，以支持全面生长、营养丰富的农业，同时减少来自地球的培育材料。对 LSP-2 的化学和物理特性的分析表明，需要采取增强措施来支持农业；包括酸化、氮强化、微生物引入、腐殖质生成和排水。本实验在 LSP-2 基质中添加了排水、土壤（每个样品 15 毫升）和基质表层。表层在四个为期十周的生长周期中逐渐形成，并将月球生长的白三叶草 (Trifolium repens) 植物生物质作为后续周期的生物肥料。 100% 的 LSP-2 植物没有发芽。在生长周期 1（G1，无生物肥料）后，萝卜的平均生物量显著低于对照组（p<0.01）。在 G2（一个生物肥料周期施入表层）后，平均植物生物量增加（+17%），但低于对照组（p<0.01）。在 G3（两个生物肥料周期）后，萝卜的平均生物量增加了 92%，不如对照组（p<0.01）。在 G4（三个生物肥料周期）后，平均干生物量增长了 48%，不逊于对照组（p=0.4151）。零假设被拒绝。这种方法仅使用 4% 的地球土壤、定制排水系统和三个月球生长生物肥料周期，是第一个在增强型 LSP-2 中成功种植植物生物量不逊于地球生长作物的方法。

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2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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PHYS065T - iSUM：药丸千足虫的自直立动力学

千足虫在湿润森林生态系统中发挥着至关重要的作用，它们既是分解者，又是环境健康的指标，从而支持着生物多样性。它们最有趣的行为之一是在受到威胁时蜷缩成一个紧密的球体，并在危险过去后自行直立。然而，最近在我们位于王禅森林附近的学校进行的观察发现，由于附近的建筑活动，千足虫的数量显著下降。过去的研究表明，地表条件会影响它们的运动，但由于控制活体样本的难度，它们自直立机制的许多方面仍然知之甚少。为了解决这个问题，我们提出了一种结合生物观察、基于物理的建模和工程设计的跨学科方法。通过详细的视频分析，我们确定了一种三阶段翻转机制：阶段1（腿与地面接触）、阶段2A（通过地面反作用力成功翻转）和阶段2B（由于过度放松导致振荡失败）。我们使用计算机模拟和物理实验复制了这种行为。我们开发了一个 3D 打印模型，该模型由刚性细丝外壳、硅胶组织和嵌入式磁铁构成，用于模拟其生物力学特性并测试翻转动力学。结果表明，309.35° 的张角和 20.10° 的地面坡度可最大限度地减少所需冲量，从而优化其自动扶正能力。使用卡方检验的统计分析证实了实验数据与模拟数据之间存在很强的相关性。这些发现增进了我们对千足虫生物力学的理解，提供了宝贵的见解，并可能为环保的建筑设计和仿生机器人技术做出贡献。

PHYS068 - 用于医用放射性同位素生产的核聚变

心脏病和癌症是美国的主要死因，需要使用医用放射性同位素进行诊断和治疗，但由于生产基地有限，医用放射性同位素一直处于短缺状态。本项目旨在利用法恩斯沃思-赫希聚变器作为中子源，解决医用放射性同位素供应有限且不稳定的问题。该项目使用法恩斯沃思-赫希式聚变室，工作电压为 9kv，电流约为 3mA，氘压为 40 微米。该项目利用核聚变产生的中子来激活元素。各种测试结果表明，虽然聚变室的电压在 d2 - d2 聚变的理论范围内，但电压太低，无法激活银。该项目的部件受到限制，但将采用50千伏的馈通装置和60千伏的电源，这将使聚变器能够远超激活所需的聚变事件数量，同时仍保持在ISEF 25千伏的极限范围内。未来，将测试更多同位素，以确定聚变器的截面极限。

PHYS069T - 空间碎片监测的机器学习框架

低地球轨道 (LEO) 空间碎片的增长威胁着当前卫星和航天器的运行。凯斯勒综合征（Kessler Syndrome）预示着碎片数量将因持续碰撞而呈指数级增长，这提高了人们对这一问题的认识和紧迫性。目前的地面和机器学习方法容易受到大气畸变的影响，无法追踪体积更小、速度更快、破坏力更大的碎片。我们的研究利用三种不同的集成机器学习模型来解决这个问题，从太空视角进行碎片探测、轨迹预测和碰撞风险评估。第一个模型是一个卷积神经网络，该网络基于超过五千张图像的数据集进行训练，能够以 98% 的准确率识别和分类碎片和报废卫星。第二个模型利用基于物理信息的神经网络，结合长短期记忆模型，以 97% 的准确率预测空间碎片的轨迹，同时考虑偏心率和周期等各种轨道参数。第三个模型是随机森林回归器，用于评估碎片与现有卫星碰撞的风险，准确率高达 98%。该框架的应用旨在用于太空激光系统，该系统使用一种名为“烧蚀”的技术来缩短小型碎片在轨的寿命。这种新颖的方法使太空激光器能够提供精确且自适应的预测，这与目前的地面解决方案不同。通过将机器学习与空间工程相结合，这项研究解决了一个关键的全球性问题，提供了一种经济高效的方式来缓解日益增长的太空碎片威胁，并确保低地球轨道运行的安全。

PHYS073 - 绘制光时黑洞吸积盘尺寸图

超大质量黑洞吸积盘预计将从跨越光时的区域发射光学连续谱，通过传统的混响映射 (RM) 技术来解析它们仍然具有挑战性，因为这些技术受限于：1) 观测节奏长，每天到每月；2) 阻尼随机游走 (DRW) 时间序列模型过度平滑。我介绍了一项为期 6 个月、节奏快（每晚 3-5 小时）、经济高效的光度 RM 活动，使用阿勒格尼天文台的 24 英寸基勒望远镜监测类星体 PG0804+761 的 g′ 和 r′ 波段。预处理结合了差分光度法和 10 分钟分箱样条插值，可获得 <0.01 星等的精度。通过开发自适应贝叶斯时间序列 RM 模型，我通过截断的 DRW 核、混合密度网络和 GPU 加速的马尔可夫链蒙特卡罗采样实现了小时尺度的滞后灵敏度。在15,000条已知短时间滞后的模拟光学光变曲线上，该模型正确预测了0.2天内92.17%的滞后，其性能比最先进的RM模型高出35.89%，同时计算速度提高了13.27倍。对于PG0804+761，互相关分析显示波段间时间滞后为0.61±0.24天，与薄盘理论中的盘半径缩放比例相对应。在20条公开的每日节奏类星体光变曲线上，该模型得出的滞后为0.18-2.10天，与文献结果一致，但不确定性有所降低。我的研究结果是首次解析光时吸积盘半径，结果支持具有垂直再处理区域或非均匀盘温度的模型。这项工作可与使用亚米级望远镜进行的大规模太空吸积盘研究相媲美，并能够实现对跨宇宙时间的下一代活动星系核研究至关重要的强大的小时级 RM。

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年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

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项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

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PHYS047 - 水世界系外行星示踪物的识别

近期的发现，例如GJ 9827 d富含水的大气，揭示了一类研究不足的系外行星——水世界。在这颗系外行星大气中发现水，不仅展现了当前望远镜的观测能力，也表明有必要加深对这类行星的理解，因为很快可能会有更多类似的发现。目前对水世界系外行星探测的理解受到模型的限制——通过对系外行星过程进行建模，天文学家可以制定预期并相应地优化搜索。目前，人们仅通过水蒸气这一关键大气特征来了解水世界，因此许多行星科学家认为，仅凭大气光谱学很难识别这些行星。本研究针对这一问题，开发了150万个数据点分辨率的水世界大气热力学模型，这些模型与压力和温度（通过平衡化学）的关系，并利用这些模型创建了一个包含超过5000个合成光谱的数据库。研究人员训练了K均值聚类算法，以识别光谱数据集中不同的水世界亚型，并从二氧化碳、二氧化硫和氟化氢等三大类大气示踪物中识别出几种新的大气示踪物。同时，这项研究还开发了一种分析流程，用于在给定初始条件下以比以往任何研究更高的分辨率模拟系外行星大气。这项研究标志着这些水世界大气建模领域的显著进步。

PHYS055 - 海王星：使用 TTV 预测未见系外行星

传统的系外行星探测方法往往会忽略包含长周期或非凌日行星的多行星系统，因为观测结果往往偏向短周期凌日行星。NEPTUNE 通过分析已知行星的凌日时间变化 (TTV) 来探测、表征和评估潜在未观测伴星的宜居性，从而弥补了这一缺陷。\nNEPTUNE 使用 N 体模拟为超过 80,000 个多行星系统生成 TTV 信号，捕捉每个系统在不同轨道时间尺度上的引力相互作用——从长周期共振到短周期会合（行星合相）效应。模拟结果会被输入到随机森林机器学习模型中，从而为贝叶斯推理提供有根据的先验信息。与没有先验信息的方法相比，这种新颖的方法将贝叶斯马尔可夫链蒙特卡罗收敛速度提高了高达 800%，从而降低了计算需求。 N 体模拟显示，共振信号与这颗未观测行星的质量和偏心率相关，而会合信号则与偏心率无关。通过应用多周期 TTV 分析，NEPTUNE 打破了行星质量和偏心率之间的退化，得出了具有量化不确定性的独特解。\nNEPTUNE 已使用 Kepler-46b TTV 数据进行验证，成功恢复了已知未观测伴星 Kepler-46c 的轨道周期（57 天）、偏心率（0.01）和质量（110 个地球质量），与 NASA 公布的数值非常接近。此外，NEPTUNE 对尚未充分研究的 Kepler-1710b 数据的分析表明，存在一个未被发现的约 31 个地球质量的行星候选体，这促使开普勒 TTV 小组进行后续分析。\n与 NASA 的 TESS 任务和 ESA 的 ExoClock 计划的数据相结合，正在扩展 NEPTUNE 探测未见系外行星的能力。

PHYS056 - 单次凌日系外行星的自动探测调查

凌日现象是指行星遮挡其主星发出的光线，从而导致独特的变暗现象。凌日系外行星巡天卫星 (TESS) 是一台全天扫描太空望远镜，可为天文学家提供高频恒星光变曲线。与拥有八颗行星的太阳系不同，大多数系外行星系统仅有一条已记录的轨道。这种差异源于观测偏好近轨道行星（尤其是热木星），因为它们的变暗现象更为明显，因此更容易通过后续观测得到证实。与我们对近轨道系外行星日益增长的认知相比，对多行星系统的研究尚不充分，太阳系以外的系统可供参考的寥寥无几。多行星系统为天文学家提供了有关引力相互作用、行星迁移和宜居外星世界的信息，而缺乏更远的轨道则阻碍了对这方面的研究。然而，TESS 的连续监测模式仅适合探测更远轨道的行星，目前尚无研究人员系统地研究过已知行星系统中的遥远行星。本研究利用 TESS 数据开发了一种新颖的数据增强算法、一个基于决策树的预处理单元、一个通过形状分析识别单次凌日候选者的神经网络模型以及一个自动参数拟合程序。所有这些阶段结合在一起，形成了第一个对已知系统中的单次凌日系外行星进行端到端自动检测的调查：ASTEKS。专注于单次凌日的 ASTEKS 的准确率达到了 93.6%，超越了最先进的水平。该模型还从仅有的 1088 个已知行星系统中发现了 18 个单次凌日行星候选者（52<p<1530）和两个近轨道行星候选者（p<1）。

PHYS062 - 用于构建紧急传感器的谐振器

在2021年瑟夫赛德公寓倒塌等悲剧发生后，对结构劣化的长期监测方法的需求显著增加。机械共振是一种潜在的方法，可以通过测量共振器的变化来追踪和了解结构劣化。此前，研究人员在压缩状态下测试了一种基于条状谐振器，以检验输出频率与施加载荷之间的关系。经过数年的研究，研究人员发现，即使在高载荷下，输出频率在载荷作用下也几乎没有变化。这一进展表明，一种不同的、更灵敏的谐振器类型可能更有助于在倒塌即将发生之前就对结构变化或故障进行预警。本研究提出了一种测量结构扰动（无论多么微小）的替代方法，并通过弦共振介质进行了检验。为了复制之前的实验条件，研究人员将弦谐振器置于各种载荷下，并测量了弦在每种施加载荷下的共振频率。正如预测的那样，在同等施加载荷下，弦式谐振器的频率变化比之前测试的条式谐振器要大得多。良性结构损坏极有可能发展成严重故障，就像Surfside Condo Collapse事件中的情况一样，因此在设计传感器时必须考虑预警能力。未来的目标是将弦式谐振技术应用于自动驾驶装置，使其能够长期监控住宅和其他关键基础设施。

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2025 Regeneron ISEF大奖-PHY物理学和天文学获奖作品汇总-3

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年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

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项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

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摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

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PHYS034 - 麦哲伦星云的化学标记

为了研究麦哲伦星云的潮汐演化，本文对大质量红超巨星分支 (RGB) 以及富氧和富碳渐近巨星分支 (AGB) 恒星的内部运动学进行了建模。通过识别吸积在大麦哲伦星云 (LMC) 中运动学上不同的恒星群，可以追踪大麦哲伦星云 (LMC) 和小麦哲伦星云 (SMC) 的初始演化。为了识别 SMC 和 LMC 中不同的恒星群，我们训练了一个神经网络 (NN)，利用 SDSS-IV APOGEE DR17 的化学丰度对示踪剂进行化学识别。神经网络的分类准确率约为 87%，假阳性率为 9%，识别出 [Fe/H] = -1.0 附近的不同金属丰度。对[Ce/Fe]丰度空间的进一步分析，首次证明了麦哲伦星云中的渐近巨核(AGB)种群将经历一个后渐近巨核(AGB)原位演化阶段的第三次上浮阶段，且该阶段不会产生锂。在考虑了AGB种群的非对称漂移后，基于稳健的马尔可夫链蒙特卡罗方法，推导出了大麦哲伦星云(LMC)的旋转曲线。发现旋转曲线的振幅在半径2.4 kpc±0.2 kpc处为56 km/s±10 km/s，系统速度为269 km/s±9 km/s。从拟合中剔除异常值，发现大麦哲伦星云中存在一个运动学上独特的种群，其比例>4%。这与HI臂在运动学上与被拉入大麦哲伦星云的盘面相关相吻合。独特示踪物的比例在[Fe/H]=-0.92时下降，有力地证明了该运动学上独特的种群起源于小麦哲伦星云(SMC)。这项工作进一步证实了银河系子结构是由麦哲伦星云之间的碰撞造成的，并证明了麦哲伦桥的拉伸在运动学上并不是独一无二的。

PHYS035 - 使用 CNN 模型首次发现双系外彗星

行星轨道和恒星系统的形成仍然是天文学中最大的谜团之一。系外彗星具有独特的地质和分子组成，可能是理解行星盘形成和生命起源的关键，生命起源可能通过彗星撞击实现。然而，探测系外彗星已被证明具有挑战性。尽管使用开普勒、K2 和 TESS 分析了超过 300,000 颗恒星的数据，但通过凌日光度法发现的系外彗星不到 50 颗，大多数仅来自两颗恒星。这些发现是通过耗时的手动搜索得出的，传统的信号放大方法难以可靠地探测到系外彗星。卷积神经网络 (CNN) 被用于以迭代块的形式分析光变曲线数据。该模型成功地从开普勒光变曲线数据中识别出了大多数先前已知的系外彗星。此外，通过分析KIC 3542116，发现了五颗新的系外彗星候选者，其中一颗是前所未见的双系外彗星候选者，由两颗系外彗星凌日现象叠加而成。这颗恒星年轻，自转周期短，表明它正处于行星盘形成的早期阶段，这与目前的系外彗星理论相符。这些候选者经过严格的四步验证程序确认。这项自动化探测技术的突破为发现更多系外彗星带来了巨大的希望，并在心率监测和天气异常检测等领域具有潜在的应用价值。

PHYS041 - 体验鲨鱼皮

重型组合卡车的高油耗率是不可持续的，并且会破坏环境。在州际公路上以建议速度行驶时，卡车的大部分油耗都用于克服阻力。在类似但不同的介质中，鲨鱼具有齿状结构，可以利用涡流产生来减少水中的阻力。作者测试了她的假设，即受鲨鱼齿状结构启发的涡流发生器 (SDIVG) 可用于卡车和拖车车体以减少阻力。\n\n在边界层风洞中，在偏航角为 0° 和 10° 的七种不同空气动力学条件下对模型卡车进行了测试。\n\n单独使用 SDIVG 时，阻力系数显著降低 2.1% 和 2.5%（p 值 <0.01），将 SDIVG 添加到模型卡车的其他改装件中，偏航角为 0° 和 10° 时，阻力系数额外降低 3.5% 和 2.0%（p 值 <0.01）。此外，在装有驾驶室车顶导流板的卡车尾部使用 SDIVG 组合，分别在 0° 和 10° 偏航角下降低了 27.6% 和 28.0%（p 值 < 0.01）。\n\n将 SDIVG 应用于现有的减阻策略，每年可节省数十亿升燃料，降低成本，更重要的是，减少重型组合卡车对环境的影响。此外，这将有助于实现零碳排放，因为阻力的降低或卡车空气动力学的优化将使替代燃料（电力或氢气）的实施更加可行。

PHYS045 - 预测环境放射性

在进行背景放射性测量时，我注意到它在每个月中都发生了显著变化。因此，我思考环境放射性是否受到气象变量（温度、气压和空气湿度）的影响，以及是否可以通过机器学习 (ML) 模型实现的回归程序，基于这些变量预测环境放射性。为了回答这个问题，我首先设计并构建了三台相同的测量设备，它们都能够每天自动测量放射性、温度、气压和空气湿度六次，每次以一小时为间隔取平均值。我使用统计和信号处理技术分析了从测量仪器收集的数据。经过适当的低通滤波后，我发现放射性信号与所有气象变量的信号之间存在非常强的相关性。然而，这些相关性在几个月内变化很大，无论是在幅度还是符号上：这种现象在一些最近的科学论文中已经观察到。然后我更进一步：我尝试训练 ML 模型，根据气象变量计算放射性值。在尝试了各种机器学习回归技术和工作方案后，我使用一种名为“滑动预测”的流程，结合高斯过程回归器 (GPR)，取得了良好的效果。我证明了使用过去 20 天数据训练的模型可以准确预测未来几天的放射性（由气象变量提供）。这是一个非常重要的结果，因为这种可能性从未被证实过。

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2025 Regeneron ISEF大奖-PHY物理学和天文学获奖作品汇总-2

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PHYS016 - 1 型 SPDC 的最佳泵浦源

本研究旨在确定哪种泵浦激光器配置能够激发β-硼酸钡 (BBO) 晶体中的 1 型自发参量下转换 (SPDC)，从而最大限度地提高 |Phi+> 纠缠光子的数量和探测到的量子态的保真度。四种泵浦激光器配置分别为 100 mW 连续波 (CW) 激光器、100 mW 脉冲激光器（脉冲频率为 2x10^-6 秒）、50 mW 连续波激光器和 50 mW 脉冲激光器，使用两块 BBO 晶体和四个光电倍增管 (PMT) 阵列来收集产生的纠缠光子数据。测试在暗室中进行，在 30 秒曝光时间内产生约 100 个暗计数。 100 mW CW 激光器比 50 mW CW 激光器多产生 185.8 个纠缠光子，50 mW 脉冲激光器比 100 mW 脉冲激光器多产生 14.2 个纠缠光子，两次比较均存在显著差异（p < .05）。与其他三种泵浦配置相比，100 mW CW 激光器的保真度最低。50 mW 脉冲激光器（0.471 +/- 0.069 SD）在保真度方面明显优于 50 mW CW 激光器（0.431 +/- 0.069 SD）。这意味着 100 mW CW 激光器更高的纠缠光子产量被其低保真度所抵消，而这种成本对光量子计算机是有害的。100 mW 和 50 mW 脉冲激光器在保真度方面没有显著差异。鉴于50 mW连续激光器的低保真度，可以肯定地说，脉冲激光器将是光量子计算机最有效的泵浦源，而没有统计学上显著的证据支持100 mW或50 mW激光器的有效性。从光子输出的角度比较脉冲激光器，可以进一步推论50 mW脉冲激光器将是光量子计算机的最佳选择。

PHYS024 - 2D柔性MoS2器件和ILG柔性FET

柔性二维 (2D) 场效应晶体管 (FET) 引起了广泛关注，因为需要解决 3D FET 中常见的可扩展性问题。具体而言，用柔性材料替代刚性基底，以及使用具有抗应变和优异电特性的过渡金属二硫化物 (TMDC)，引发了人们对利用弹性体和聚合物基材料（例如聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)）开发 2D FET 的兴趣。在此，我们证明了使用 PDMS 作为多层 MoS2 基器件基底的可行性，利用聚合物聚丙烯酸酯 (PPC) 和聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 作为促进机械剥离 MoS2 转移的手段，获得高输出电流（最大值 ~ -0.65–0.55 μA μm^-1）、欧姆行为和低接触电阻率。此外，我们证明了聚合物 PET 可用作多层 MoS2 基 FET 的柔性基板，并且器件表现出与文献中的刚性 MoS2 FET 相当的传输特性，显示出可接受的场效应迁移率（1.53–14.39 cm^2 V^-1 S^-1）、良好的开关比（最大值 ~1 x 10^5）和可接受的亚阈值斜率（最小平均值 371.48 mV dec^-1），通过利用新型离子液体 N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺 ([DEME][TFSI]) 通过离子液体门控 (ILG)。本文介绍的工作是首次证明 ILG 在基于 PET 基板的 FET 上的可行性，展示了 PDMS 作为 2D 设备基板的替代用途，并为将来将 ILG 纳入柔性 2D FET 的门控手段提供了一个平台。

PHYS026 - ForeCAT：物理学与人工智能相结合，避免飞行颠簸

突发湍流，尤其是晴空湍流 (CAT)，仍然是航空业面临的最严峻挑战之一，它会导致乘客受伤、运营中断，并每年给航空公司造成 5 亿美元的损失。70% 的天气相关事件都是由 CAT 造成的，预计未来几十年气候变化会使 CAT 的发生频率翻一番。最近发生在 2024 年 5 月的新加坡航空事件导致人员伤亡，凸显了改进预测的紧迫性。检测 CAT 本身就具有挑战性，因为它发生在晴空下，这使得航空业中现有的传统算法（如图形湍流引导 (GTG)）效率较低，因为它们依赖于线性、经验阈值指标。ForeCAT 通过将人工智能与大气物理学相结合，提供了一种突破性的方法。其神经网络由基于偏微分方程 (PDE) 的湍流诊断驱动，可捕捉复杂的湍流相互作用，实现 95% 的分类准确率，是 GTG 的三倍。此外，ForeCAT 能够准确预测行业标准的湍流强度指标——涡流消散率 (EDR)。ForeCAT 成功预测了新加坡航空事件发生地点的严重湍流，置信度高达 87%，展现了其缓解此类事件的潜力。ForeCAT 已集成到 LoCATe 中，LoCATe 是一款实时湍流预测应用程序，可帮助飞行员和空中交通管制员主动调整飞行路径。CATalog 是一款低成本湍流测量设备，旨在实现湍流数据众包和大众化获取。通过利用人工智能和基于物理的诊断技术，ForeCAT 提供了一种变革性的解决方案，以推进湍流预测，并应对未来日益复杂的天空。

PHYS031 - 水铃的变形

当垂直向下的水流冲击水平放置的圆盘时，会形成一种独特的轴对称水膜，称为“水钟”。当液膜在流速变化后破裂时，这种水钟会发生剧烈且不可逆的变形。为了研究压力对变形的影响，引入了两种类型的水钟：一种是“封闭式”水钟，除非水膜破裂，否则不允许空气通过水钟进行交换；另一种是“开放式”水钟，其内外通过管道连接。变形现象，尤其是开放式水钟的变形，在不同条件下表现出不同的行为，尚未得到充分研究。本研究对这两种条件下的变形进行了定量分析。首先，开发了一个实验系统，数值模拟的水钟形状与实验结果非常吻合。随后，提出了一个理论模型来解释这两种水钟的变形。相应的数值模拟与实验观测结果吻合良好，从而验证了该模型的有效性。此外，对该现象的简化近似阐明了变形的参数依赖性。参数依赖性表明，水钟的剧烈变形和开口钟变形的多变性都源于其体积对内部压力的高度敏感性。这项研究有助于控制水钟系统，并加深对其独特行为的理解。

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2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

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PHYS001 - 湍流腔室设计和神经网络

湍流是一种自然现象，也是许多其他领域（从恒星形成的天体物理学研究到气候变化建模）的基本原理。由于湍流的复杂性，理解其仍然是一个经典的物理问题。本项目的目标是设计、建造和测试一个用于统计湍流测量的新型零平均流室，并实现一个基于物理信息的神经网络 (PINN) 来改进湍流建模。据推测，PINN 将比传统的 NLEVM 和 LEVM 方法更准确地预测雷诺应力项。零平均流实验装置对于捕捉纯湍流特性和验证统计理论至关重要。该实验室利用 6 个对称分布的执行器和圆盘延伸部分来创建各向同性和各向异性的条件。开发了一种低成本粒子图像测速 (PIV) 系统，用于表征泰勒微尺度雷诺数高达 152 的湍流。一个重建雷诺应力张量并强制可实现性约束的 PINN 被应用于闭合问题。使用了 NASA 的二维收敛-发散通道流数据集。该神经网络结合了基于物理信息的损失函数、不变特征集和超参数敏感性研究。该腔室设计实现了接近零的平均流量条件，误差小于 1.5%。与地面实况相比，PINN 对雷诺应力的预测准确率高达 97%。这些成就凸显了 PINN 和新型腔室系统对湍流物理学未来发展，特别是在天体物理和环境应用领域的重要性。

PHYS003 - 气球载μ子通量研究

宇宙射线μ子是由高能宇宙射线与地球大气相互作用产生的，广泛应用于μ子层析成像技术。μ子层析成像技术是一种新兴的技术，用于对地质构造和核反应堆等致密结构进行成像。然而，精确的μ子通量和光谱测量对于改进这些应用至关重要。在1.3 GV的垂直截止刚度下，缺乏全面的大气μ子数据，因此需要进行专门的实验研究。\n\n本研究介绍了一种自行构建的闪烁探测器系统的开发和部署，用于测量大气μ子通量和角分布。该探测器（包括定制设计的电子设备）由高空气球发射，高度达到24公里。测量了μ子通量随高度的变化，成功识别出13.3公里处的Regener-Pfotzer最大值。地面实验提供了天顶分布数据，证实了预期的角度依赖性。此外，研究发现，探测器的光输出在其表面均匀分布，表明其缺乏空间分辨率。\n\n为了提取μ子谱，我们使用CORSIKA 8框架进行了蒙特卡罗模拟。反复调整各种参数，包括原始宇宙射线成分和大气条件，以最佳匹配测得的高度相关通量。FLUKA模型用于强子相互作用。一旦获得真实的通量分布，就可以从模拟中提取μ子动量谱。这些发现表明，闪烁探测器可用于推断μ子谱。这种方法提供了一种经济高效的替代方案，无需使用大型光谱仪即可获取用于μ子层析成像的μ子谱。

PHYS005 - 船舶尾流调查

在本研究中，我们探究了船舶尾流的形成和特性。长期以来，人们一直认为尾流角恒定且与船舶参数无关，但这一理论最近受到了质疑，其中最著名的质疑来自马克·拉博德和弗雷德里克·莫伊西，他们观察到的尾流角远小于开尔文角。通过涵盖各种重要参数的不同实验，我们获得了经典尾流角和窄尾流角两种情况。研究结果表明，我们的新理论与实验数据更加吻合，尤其是在弗劳德数（2.6-4.4）范围内。我们的模型在较低弗劳德数和较高弗劳德数下分别收敛于开尔文模型和拉博德-莫伊西模型，这证明了我们的理论是该领域先前建立的模型的更普遍的情况。

PHYS009T - 关于反气泡的新见解

简而言之，反气泡是与肥皂泡相反的物质。它们内部由近乎球形的流体构成，该流体与周围的流体（通常是相同的流体）之间由一层薄薄的空气隔开。由于这种结构，反气泡表现出一些有趣的物理特性，这些特性可以通过相当简单的方法进行研究。\n作为我们项目的一部分，我们使用一个可重复的实验装置来研究这些气泡的一些特性。在此过程中，我们也解决了一些以前未曾探索过的问题，并在此研究领域取得了新的成果。\n在我们的研究中，我们使用所谓的“吸管法”来生成反气泡。我们通过改造一台3D打印机，实现了这一生产方法的完全自动化。视频片段最初是使用“Tracker”手动分析的。后来，我们能够使用 Python 实现评估的自动化。\n我们的论文描述了反气泡的光学特性，并根据所需重力能量的下限分析了生成反气泡的最佳参数。\n此外，我们首次观察到了反气泡的振荡，它包含两个反相的衰减振荡，其频率取决于气泡的大小。我们还研究了反气泡的直径和下沉深度与形成参数的关系。\n通过考虑反气泡运动的力，我们开发了一种基于反气泡与周围液体密度差来计算空气层平均厚度的新方法。通过使用已知密度的木球，我们能够测试并验证我们的方法。\n因此，我们的研究在反气泡领域取得了新的发现。

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