前言
大家好，被稱為(wei) 世界青少年科創“世界杯”的ISEF總決(jue) 賽剛剛落下帷幕。今年，我們(men) 詳細分析了所有獲獎作品，並總結了一些獲獎的“必要條件”。但我始終秉持的觀點是，想要走到ISEF最終的決(jue) 賽，那一切都應該是水到渠成的，你肯定需要一個(ge) 好的課題，然後在好的課題下不斷努力，完成所有比賽必須的材料，持續思考，不斷提出新的優(you) 化方案，多看文獻，總結優(you) 勢劣勢……完成所有的步驟，獲獎應該是水到渠成的，更何況，這一整套流程走下來，你已經比同齡學生們(men) 超出太多了。
這也是為(wei) 什麽(me) 今年我們(men) 把這篇本來是內(nei) 部分析的文章公布出來，也是希望更多的同學們(men) 能從(cong) 中獲得啟發。雖然我給自己的要求是每年都要把學生送進ISEF Finalist，但我也不希望把科創這件事情搞得過分功利，希望大家都能以一個(ge) 良好的心態和高效的方法去做科創。這篇分析文章幾乎耗盡了我這幾年所有的科創培訓經驗，如果你可以耐心看完，一定會(hui) 在“想課題”這件事情上獲得一些靈感的。
因為(wei) 專(zhuan) 業(ye) 所限，針對具體(ti) 科目獲獎課題的分析我僅(jin) 僅(jin) 挑選了我自己比較擅長的幾個(ge) 學科，在一些交叉學科的課題上也拜訪了一些相關(guan) 的專(zhuan) 家，盡可能對一些大獎課題做到簡潔、不錯誤地描述，如有描述不對的地方，歡迎大家後台留言指正。
獲獎課題總分析1大量AI課題今年有大量的AI課題，將近50個(ge) 獲獎課題，6個(ge) 傳(chuan) 統最高獎幾乎全是和AI相關(guan) 的課題。這和去年疫情導致的很多線下實驗室關(guan) 閉有很大的關(guan) 係。觀察今年美國地區的ISEF地區賽和州賽，我們(men) 也可以發現相比往年多了很多計算機類的課題。但這是否意味著“做AI課題更容易拿大獎”呢？筆者認為(wei) ，不是也是。
“不是”的原因是，縱觀這些AI方向的大獎課題，無一不是花費了大量精力在模型設計、代碼編寫(xie) 和實驗驗證上麵，有些文章，作者所花的精力已經不亞(ya) 於(yu) 一個(ge) 博士課題的工作量，對於(yu) 大量中學生而言，這個(ge) 工作量不是一般人能承受的。
而又“是”的原因，是因為(wei) 從(cong) 創新和工作量體(ti) 現的角度而言，AI確實是很容易做出“前無古人”的創新課題，比如今年的最高獎喬(qiao) 治獎獲得者，就是自主研發了一個(ge) AI神經網絡算法，這樣的課題，如果我們(men) 在前期的地區賽見到，就幾乎可以預言它就是最終的大獎了。相比其他機器人學科、嵌入式學科，AI確實太容易創新了。
2“熱點話題”依然是賽場熱點每年，都有很多學生來問我，這個(ge) 課題看起來有很多人做，我還有做的價(jia) 值嗎？我一直是斬釘截鐵地告訴各位，如果你有興(xing) 趣去探索，那任何課題都有做的價(jia) 值。我們(men) 看今年的獲獎課題，依然有很多帕金森、機械手、節約用水主題的課題，這些題目在奇思課題庫裏也有，但經常遭遇冷待。但事實就是，所有的課題其實都能做出新的研究成果，當然前提是你願意花足夠的時間和精力。
3決(jue) 賽熱點話題，更是附屬賽熱點話題另外我們(men) 要注意的是，ISEF決(jue) 賽場上的熱點話題，意味著在下一級的附屬賽裏，它們(men) 更是熱點話題。比如幫助盲人的課題，我們(men) 在今年的決(jue) 賽獲獎名單裏也看到好幾個(ge) ，那大家也不要有“盲人課題容易獲獎”這樣的錯誤觀念。這些幫助盲人的課題，都是經過了層層篩選，可能在紐約有一百個(ge) 輔助盲人的課題，最後突圍的就這一個(ge) ，那這肯定是一個(ge) 精彩至極的研究課題。
4普通話題對應熱點話題，還有一類“普通話題”，比如智能澆花、智能導航、嬰兒(er) 遺落在車裏的報警係統，我們(men) 依然在獲獎名單裏可以看到他們(men) 的身影。因為(wei) 有很多項目的資料是展示在網上的，所以我去翻看了這些項目的notes，也就是我們(men) 俗稱的研究日誌。確實這些項目的日誌都做得特別細致，一定是高於(yu) 普通參賽者數倍。所以重視研究日誌，是一條獲獎的必備條件。
5深入思考再深入思考一點，其實今年的獲獎名單裏還是有很多我個(ge) 人覺得並不“實質名歸”的作品。翻看他們(men) 所有的遞交材料，都顯得過於(yu) 蒼白簡單了。這些很有可能是因為(wei) 這些參賽者本身來自科技教育不發達的地區，而ISEF也會(hui) 給這些地區名額（有點類似於(yu) 上海中考最新政策“名額分配”），所以大家看獲獎名單的時候，也可以看看這個(ge) 選手來自的地區。越是發達的地區或國家，其參賽選手的含金量就越高。
6參考文獻我們(men) 把今年的大獎以及部分一二等獎的獲獎論文、展板搜集了一下，拋開每個(ge) 項目本身的研究完整度不說，單說每個(ge) 項目的參考文獻，都密密麻麻地列了幾張紙，最多的一篇，就是那篇獲得再生元青年科學家獎的分析藥物相互副作用的文章，其參考文獻達到了驚人的102篇，而且從(cong) 文章中，我們(men) 也可以感受到，這個(ge) 學生確確實實是讀了這麽(me) 多的文獻。
而反觀我們(men) 很多中學生做項目，文獻讀到十幾篇就喊累，甚至還有要求導師幫他整理好所有文獻的要點他可以直接讀要點的。與(yu) 這些站到最高舞台的同齡人們(men) 相比，我們(men) 要做的真的還有太多太多了。
7疫情相關(guan) 課題和疫情相關(guan) 聯的課題大概有十個(ge) ，平均分布在各個(ge) 學科內(nei) ，說明疫情課題其實也已經成為(wei) 了一類“熱點課題”。去年年初在設計課題的時候，無論國內(nei) 中學還是美高的孩子都跟我提到過是不是要往疫情方向設計課題。
我的觀點不變，和我對待熱點課題的思路一樣：做的人一定很多，你要是要出小成績，完全可以嚐試著做，因為(wei) 保險。如果你的目標遠大，那盡可能別做。
8整體(ti) 難度總體(ti) 來說，今年的課題難度整體(ti) 是不如前幾年的。“一代不如一代”在ISEF賽場上也是同理。基本上所有論文都是橫向發展，就是不斷拓寬應用邊界的探索，老的技術找新的應用場景，對於(yu) 直接的技術探索幾乎沒有，而直接進行技術探索的項目都拿了大獎。
大獎獎項分析George D. Yancopoulos Innovator Award喬(qiao) 治D · 雅克波羅斯創新大獎
George D. Yancopoulos創新者獎表彰來自世界各地參加的優(you) 秀學生中的佼佼者。獲獎項目的評選依據是傑出和創新研究，以及該領域和整個(ge) 世界上帶來的潛在工作影響。
喬(qiao) 治D · 雅克波羅斯是傑出的醫學博士，也是Regeneron總裁兼首席科學官，與(yu) Schleifer博士一起建立和管理Regeneron超過30年。喬(qiao) 治D · 雅克波羅斯博士Regeneron ISEF是20世紀90年代世界上第11位被高度引用的科學家，2004年他被選為(wei) 國家科學院院士。推動了Regeneron對STEM教育的承諾，其中包括強有力的實習(xi) 和指導計劃。
獲獎課題：Dilated Silhouette Convolutional Neural Network: A Novel Deep Learning Framework for Real-time Human Action Recognition
對中學生來說是絕頂優(you) 秀的作品！創造一個(ge) 新的卷積神經網絡，針對的也是目前熱門的行為(wei) 識別，從(cong) 模型結果上來看，也要好於(yu) 一些目前比較流行的網絡結構。
可能這麽(me) 說很多對人工智能不熟悉的同學們(men) 還不明白這個(ge) 項目的優(you) 秀。舉(ju) 個(ge) 例子來說，我們(men) 平常解數學題物理題，用的都是一些公理定理，再複雜的數學題，複雜到世界奧林匹克難度的數學題，也還是基於(yu) 人們(men) 已經發現的公理定理去解題。
而這位Michelle同學，就相當於(yu) 發現了一個(ge) 無人發現的定理，這個(ge) 定理不僅(jin) 簡化了過去很多複雜的解題思路，還能幫助優(you) 化很多目前的熱門研究課題。
這樣的成果別說是在高中生領域，這樣的文章在大學在碩士博士範圍內(nei) ，都是精彩至極的研究成果。不過這也是計算機學科的特點，在數學物理領域，一個(ge) 中學生要做出這樣的成果實在太難了；而人工智能領域，就完全有這樣的可能性。在賽後，我們(men) 也看到MIT的招生官直接向這位同學發出了橄欖枝。實至名歸。
Regeneron Young Scientist Awards再生元青少年科學精英獎
Regeneron Young Scientist Awards評判標準是獲獎者致力於(yu) 創新並解決(jue) 具有挑戰性的科學問題，使用真實的研究實踐，並為(wei) 未來的問題創造解決(jue) 方案。
Regeneron是一家領先的生物技術公司，為(wei) 患有嚴(yan) 重疾病的人發明改變生命的藥物。醫生科學家創立並領導了30多年，具有獨特的能力，能夠反複和持續地將科學轉化為(wei) 醫學。
獲獎課題：Novel Prediction of Adverse Drug Reactions and Underlying Pathological Mechanisms via Hierarchical Classification
同樣是一個(ge) AI方向的課題，但切入點非常新穎，使用機器學習(xi) 的方式去預測藥物相互作用所導致的副作用。用藥的化學結構作為(wei) 輸入，去預測藥物的靶點和作用酶，以此來推測和另一個(ge) 藥的相互作用關(guan) 係。
雖然看起來很高深，但其實兩(liang) 句話之後大家也都明白課題的價(jia) 值了，並且整個(ge) 論文的研究算法做得非常深入，用了很多機器學習(xi) 的方法去比較效果。值得注意的是，這篇文章一共有102篇參考文獻，達到了一個(ge) 博士論文的要求，並且從(cong) 論文中，我們(men) 可以感受到這個(ge) 學生對於(yu) 這個(ge) 領域的熟悉程度。一個(ge) 非常新穎的課題+一個(ge) 完整且工作量巨大的研究+細致的背景調研，幾乎就等於(yu) ISEF大獎了。
獲獎課題：Development of an AI-Powered Powered Facial-cue Control Module
同最大獎課題一樣，同樣是在AI領域進行的算法優(you) 化，不過稍遜於(yu) 大獎課題，這個(ge) 文章僅(jin) 僅(jin) 是針對算法的效率進行了改進，也是結合了目前比較流行的一些方法。
還是用前麵那個(ge) 比方，這位同學用一些已有的公理定理解出了一個(ge) 難題，或者說是更快解出了一個(ge) 複雜難題。確實成就了得，但相比前一位大獎課題，確實略遜一籌。
Gordon E. Moore Award for Positive Outcomes for Future Generations戈登·摩爾大獎積極成果獎
從(cong) 2010年到2019年，ISEF戈登·摩爾大獎由英特爾提供支持。比賽冠名讚助商更換成Regeneron後，為(wei) 表彰戈登·摩爾在國際科學與(yu) 工程獎上對最優(you) 秀者的不斷傳(chuan) 承，戈登和貝蒂-摩爾基金會(hui) 提供50,000美元，繼續支持Regeneron ISEF決(jue) 賽的戈登·摩爾大獎積極成果獎，用於(yu) 獎勵未來幾代人。希望選手們(men) 能夠通過嚴(yan) 格的科學探索和對發現和發明的熱情為(wei) 後代帶來持久的變化。
戈登·摩爾是一位發明家、領導者和遠見者，長期以來一直與(yu) ISEF有著緊密聯係。他在其職業(ye) 生涯中一直致力於(yu) 科學發現和技術進步，於(yu) 1957年共同創立了飛兆半導體(ti) 公司，1968年創立了英特爾公司，是世界上第一個(ge) 微處理器的創造者。作為(wei) 半導體(ti) 行業(ye) 的領導者，戈登幫助塑造了我們(men) 現在公認的矽穀和技術領域。
獲獎課題：Development of a Novel AI Drought-Stress Assessment (AIDA) Model in Bell Pepper (Capsicum annuum) Plants Using a Custom-Built Robotic RGB + Infrared (IR) Camera
智能澆花課題再次登場！這一次是5萬(wan) 美金的摩爾獎！這個(ge) 文章我從(cong) 頭到尾仔細讀完了，簡單來說就是一種檢測植物幹旱程度的係統，建立了一個(ge) 預測模型來預測幹旱。實際上預測的部分也很少，大部分也隻是檢測。比較新的概念是引入了所謂的“幹旱緊張值”的概念，幫助農(nong) 民更好地判斷植物的缺水程度。
查閱資料的時候我注意到了一個(ge) 細節，這個(ge) 學生從(cong) 2018年就開始參加加州地區的比賽了，每年都是這個(ge) 課題，連續做了至少四年。所以整個(ge) 論文的工作量是非常龐大的，這也是他獲得評委認可的原因之一。
Craig R. Barrett Award for Innovation克雷格·貝瑞特創新獎（獎金10,000美元）
Craig R. Barrett Award for Innovation 將頒發給在科學、技術、工程和數學等方麵體(ti) 現創新的決(jue) 賽選手，基於(yu) 這些學科進行深研究和創新整合，以及展示它們(men) 的共同組合對我們(men) 日常生活的影響。
克雷格·貝瑞特擁有材料科學專(zhuan) 業(ye) 理學士、理碩士及博士學位，於(yu) 1998年~2005年的7年間擔任公司第四任總裁。此前曾於(yu) 斯坦福大學材料科學與(yu) 工程係任教，共發表過40多篇技術專(zhuan) 著，內(nei) 容涉及微觀結構對材料性能的影響等領域，並編撰過一本材料科學教科書(shu) 《工程材料原理》。
獲獎課題：Implementation of Novel Semi-Supervised Machine Learning Model into Autonomous Irrigation Network Optimized for Power Self-Sufficiency
基於(yu) 無人機進行的澆灌係統，不同的是使用了深度學習(xi) 的圖像識別技術，通過判斷當前農(nong) 田是否需要被灌溉（幹燥、濕潤程度），來進行更優(you) 化的灌溉。一個(ge) 結合了機械設計、AI的課題，整體(ti) 的項目做得非常完整，論文的圖表做的很好看，《Science》級別的圖表。
Craig R. Barrett Award for InnovationH·羅伯特·霍維茨基礎研究獎（獎金10,000美金）
Robert Horvitz Prize for Fundamental Research將頒發給具有代表性的最佳基礎研究項目，該項目促進我們(men) 對科學和/或數學的理解以及對自然現象的理解，但沒有明確的過程或產(chan) 品方麵的應用。
羅伯特·霍維茨是美國頂尖生物學家，以研究線蟲動物門的秀麗(li) 隱杆線蟲而著名。因發現器官發育和細胞程序性細胞死亡（細胞程序化凋亡）的遺傳(chuan) 調控機理，與(yu) 悉尼·布倫(lun) 納、約翰·E·蘇爾斯頓一起獲得2002年諾貝爾生理學或醫學獎。
獲獎課題：Distinguishing Bacterial Motion Quantitatively: A Diagnostic Method for Intestinal Disease
一個(ge) 使用拍照來識別胃腸疾病的課題，同樣用了機器學習(xi) 的方法去實現。但模型分析寫(xie) 的非常好，幾乎可以說是這屆比賽所有的獲獎論文裏寫(xie) 的最好的。
Craig R. Barrett Award for Innovation佩吉· 斯克利普斯科學傳(chuan) 播獎（獎金10,000美金）
該獎項希望頒發給最能將他們(men) 的項目傳(chuan) 達給普通公眾(zhong) 的決(jue) 賽選手，解釋科學和它對社會(hui) 的潛在影響。
獲獎課題：The Fast and Inconspicuous: New Near Earth Asteroids Discovered Using Deep Learning and Synthetic Data Are Fainter and Move Faster than Those Previously Discovered
近地小行星發現，其實無論用的方法還是最終的結果都不算新穎。我現在也隻看到了這個(ge) 項目的四象限圖，比較簡陋。太空課題也確實在每年的ISEF決(jue) 賽場上都有，但大部分都是基於(yu) 已有數據集完成的圖像識別、圖像分割類的課題，很多都在次一級的選拔賽裏被淘汰了。
學科獎項分析BIOMEDICAL ENGINEERING生物醫學類獲獎解析
生物醫學類的課題依然是大量熟悉的“麵孔”，機械手、中風康複、機械外骨骼、腦電心電肌肉電、視障聽障、阿爾茨海默帕金森。確實，這類疾病因為(wei) 患病基數大，很多學生都會(hui) 在日常生活中去思考這類問題的解決(jue) 思路。這確實是容易講故事的課題，不過還是如我前文所說，這類課題在次一級的地方賽裏更是熱點，所以大家切勿盲目更風。
另外值得注意的是，今年的獲獎課題裏有大量3D打印的課題，主要原因是3D打印確實在生物醫學上有很多應用，而且很多個(ge) 性化的治療過程，需要3D打印去貼合人體(ti) 結構。這也確實是我之前忽視的點，我一直覺得3D打印其實距離真正的落地應用還有很遠，作為(wei) 一個(ge) 科創行業(ye) 從(cong) 業(ye) 者，這樣的想法也確實有點狹隘了。
一等獎Dual Mode Soft Wrist-Fingers Exoskeleton for Hand Rehabilitation and Assistance: Novel Soft Wrists, Optimized Soft Fingers, Multi-functional Rehabilitation軟體(ti) 機械手課題，來自上海的學生，非常優(you) 秀完整的研究。軟體(ti) 機械手確實是最近幾年ISEF決(jue) 賽的常見課題，而且筆者大膽預測也是未來三年的熱門課題。
主要原因是軟體(ti) 機械手有設計難度，有演示效果，有材料分析，很容易做出複雜的工作量，且在軟體(ti) 材料的設計中，經常會(hui) 迸發出新的火花，很有價(jia) 值。在去年，奇思另一個(ge) 衝(chong) 入ISEF決(jue) 賽的課題，也是軟體(ti) 機械手課題。
Designing, Prototyping and Testing a Novel Urinary Catheter with Tesla Valves and a Microporous Membrane
EMBEDDED SYSTEMS嵌入式係統
嵌入式算是我的大學專(zhuan) 業(ye) 方向，也是奇思重點孵化的課題方向，我詳細地看了看今年的獲獎課題。嵌入式課題的評選我覺得是各個(ge) 類別中跨度最廣的，在這個(ge) 類別下，可以看到很多其他類別的交叉學科，也確實，純嵌入式係統的研究課題實在太罕見了（2018年見到過一個(ge) 優(you) 化嵌入式操作係統的，也是當年的大獎）。
在今年的獲獎課題裏，大部分也都是基於(yu) 可觸摸的生活問題所設立的課題，甚至有的課題實在太普通了，比如有一個(ge) 課題是：
Preventing Hot Car Deaths by Monitoring CO2 and Temperature Levels to Alert Parents and Affect a Series of Life Saving Interventions in the Car就是一個(ge) 提醒家長不要把小孩遺留在車裏的課題。這樣的課題我在從(cong) 業(ye) 之初，差不多六年前就已經遍地都是了。於(yu) 是我去查找了這個(ge) 課題的poster，發現也毫無亮點。
但他確實是嵌入式係統組的世界三等獎作品，這樣的課題別說在isef了，在上海市浦東(dong) 新區的創新大賽裏，也最多拿個(ge) 三等獎。不過因為(wei) 我們(men) 也看不到這位學生的現場答辯以及其他相關(guan) 資料，所以也無從(cong) 判斷。
一等獎A Non-invasive Electromyographic Interface for Hand Gesture Recognition with Active Noise Suppression Using a Combined Biosesignal Processing AlgorithmEMG（肌肉電信號）進行的手勢預測，乍看之下是個(ge) 老的研究方向了，但使用了主動降噪技術，增強了信號的識別度。
所有生物電信號都麵臨(lin) 著噪聲的問題，這個(ge) 文章雖然初看是手勢識別，但在噪聲信號的處理方麵使用了很多新的研究成果。
我在過去還見過利用心電信號（ECG）去對肌肉電信號（EMG）進行降噪的研究，因為(wei) 肌肉電信號很多的噪聲其實來源於(yu) 心髒。此類課題看似高深，其實完全在高中生的理解範圍內(nei) 。
二等獎Smart Parkinson’s Strap: To Dynamically Detect and Mitigate the Tremors of Parkinson’s Patients帕金森病人的捆綁繩，一個(ge) 很天才的想法，利用對於(yu) 震顫的檢測，控製繩帶的鬆緊。
ENGINEERING MECHANICS機械工程
很有意思的獲獎名單，除了一等獎的3D打印機和澆灌係統之外。二三四等獎基本上涵蓋了所有中學生可以想到的機械設計，包括了六足機器人、水下機器人、智能車、小的飛行器設計、機械手臂等。
可以很驕傲地說，這次奇思孵化冉星學員H同學的參賽作品在這個(ge) 類別的獲獎名單裏是最獨特的一個(ge) 機械設計了。所以，如果你有一些特別的機械設計的想法，無論是機械蟲還是機械貓機械狗機械螞蟻，隻要有興(xing) 趣，在這個(ge) 類別裏都能有特別的競爭(zheng) 力。
ENVIRONMENTAL ENGINEERING環境工程
最近這幾年申請浪潮中，因為(wei) 傳(chuan) 聞“美國工程專(zhuan) 業(ye) 難申”，所以很多學生會(hui) 往環境科學等方向走。在過往和學生的頭腦風暴中，我發現其實真正對環境感興(xing) 趣的學生是鳳毛菱角，大部分都是被家長和顧問“勸說”去讀的。
我對“彎道超車”的做法其實是認可的，但你彎道的那個(ge) 專(zhuan) 業(ye) ，還是要多了解一點。所以我一直建議要讀環境科學的學生，去好好閱讀一下每年ISEF上這個(ge) 類別下獲獎的作品，真的很值得一看，充滿了很多天才有趣的想法。除了保護水保護土地保護大氣層保護海洋之外，環境科學能研究的課題太多了。
舉(ju) 個(ge) 例子，今年環境工程類的一等獎作品，Identifying Natural Flocculating Proteins for Affordable Anti-Microbial Sand Filters，針對使用沙淨化汙染這一研究課題（可能我們(men) 很多人都不知道沙還能用來淨化汙染，很多缺水地區，就經常用沙子來洗馬桶），他提出了在沙子中加入一些植物的種子以提高淨化效果，並基於(yu) 這個(ge) 假設做了大量實驗，也“不可避免”地用到了AI圖像識別的算法。我這麽(me) 一描述，大家也能感受到這個(ge) 課題的“威力”了。實至名歸的今年最好的環境科學課題。
ROBOTICS AND INTELLIGENT MACHINES機器人和智能機器
全是好課題的類別！今年包括很多屆比賽的最高獎都出自這個(ge) 類別。一等獎有兩(liang) 個(ge) 作品，一個(ge) 是Michelle Hua的最大獎作品，我剛剛給大家介紹過了。
另一個(ge) 也是一個(ge) 很有意思的作品：
獲獎課題：HemaVision: A Deep Learning and Computer Vision-Based mobiles Screening System for Rapid, Inexpensive, and Automated Diagnosis of Hematological Diseases
這個(ge) 作者自製了一個(ge) 顯微鏡，安裝在手機攝像頭上，使得手機攝像頭可以去拍攝血液中的一些細節，以此判斷疾病。其實血液疾病的判斷並不新鮮，但結合一個(ge) 自製顯微鏡（其實也不難）就顯得特別有想法了。而且這個(ge) 作者課題的完成度也非常高，難度不大的課題，做到了中學生可以達到的極致。
在這個(ge) 類別的二三等獎下麵也有很多精彩的課題，都是結合了一定的硬件設計與(yu) 人工智能的作品，工作量大，涉及知識多，推薦大家看看。
SYSTEMS SOFTWARE軟件類
同樣也都是AI課題的競爭(zheng) 類別，相比於(yu) 其他類別，這個(ge) 類別下的競爭(zheng) 更為(wei) 激烈。但其實我從(cong) 頭看到尾，除了獲得大獎的Daniel同學的作品，其他作品我個(ge) 人覺得少有新意，大部分都是一些圖像識別、自然語言處理的課題，拓展一點就包括情感識別、智能看病、推特分析、姿勢識別。
確實AI在中學生可理解的範圍內(nei) 應用價(jia) 值確實比較少，今年的大部分獲獎作品，其實都沒怎麽(me) 能跳出這些應用範疇。不過這也說明isef其實也不用削尖腦袋找一個(ge) 完全新的應用場景，常見的應用範疇內(nei) 就可以做出精彩課題。
TRANSLATIONAL MEDICAL SCIENCE轉化醫學
這兩(liang) 年的一個(ge) 新類別，其實這個(ge) 類別也正好對應了我們(men) 很多同學在做課題時的第一思路：我要找個(ge) 疾病來研究。這個(ge) 類別就是針對很多疾病的一些診斷和治療過程的探究，同樣，大部分都基於(yu) AI。我們(men) 來分析一下這個(ge) 類別的作品。
一等獎TeleAEye: Low-Cost Automated Eye Disease Diagnosis Using a Novel Smartphones Fundus Camera With AI同樣也是一個(ge) 通過手機攝像頭來完成的疾病判斷課題。手機攝像頭確實可以完成很多功能，且容易演示，搭配上一些外設還能進一步放大圖片，確實在這幾年的賽場上很多見，我預測明年依然會(hui) 有這類課題的出現。
二等獎PANDwriting: An Accessible Parkinson’s and Alzheimer’s Novel Diagnostic Framework Using Vision-Based Handwriting Kinematic Analysis and Machine Learning帕金森筆，通過分析一個(ge) 人寫(xie) 字的姿勢來判斷這個(ge) 人是否得了帕金森。乍看之下很新穎，其實做的人很多，隻能說這個(ge) 同學在一眾(zhong) “帕金森熱門課題”裏脫穎而出了。
我看了一下這個(ge) 同學的文章，其實從(cong) 實驗完整度來說還不如我們(men) 今年一個(ge) 通過鍵盤打字來判斷帕金森的課題，但怎麽(me) 說呢，比賽確實有相當一部分是看運氣和出身的。
三等獎Diagnosing the Stage of COVID-19 using Machine Learning on Breath Sounds疫情課題，但很有新意，通過呼吸聲音來判斷疾病。其實類似的研究早在疫情之處我們(men) 就討論過，隻要找到對應病人的數據集就可以實現，技術難度不大。
但我帶著教學組當時是沒有找到類似的數據集的。這位獲獎的同學來自印度，確實疫情越嚴(yan) 重的地方，獲取疫情研究的相關(guan) 資料就越容易。
Kawasak.AI: A Robust Deep Ensemble Network with Joint Detection for Differential Diagnosis of Kawasaki Disease
川崎病課題，罕見病也是ISEF每年都有的獲獎課題。因為(wei) 罕見病做的人少，容易出彩。去年奇思冉星進入ISEF決(jue) 賽的唇裂課題，也是搭著罕見病的順風車進入的決(jue) 賽。
另外，三等獎中還有兩(liang) 個(ge) 帕金森課題，可見帕金森真的是ISEF超級大熱點課題了。
BEHAVIORAL AND SOCIAL SCIENCES行為(wei) 與(yu) 社會(hui) 科學
今年的行為(wei) 與(yu) 社會(hui) 科學類別裏出現了大量AI課題，比如用AI識別表情、假新聞、眼球轉動、手勢等等。雖然都是很普通的AI技術，但搭配上完整的社會(hui) 科學研究，在ISEF的舞台上依然會(hui) 獲得評委認可。
（更多學科獲獎情況請向下滑動查看）
ANIMAL SCIENCES 動物醫學
一等獎
Year 4: Developing a Multiple Linear Regression Model to Predict the Specific Effects of Various Lactic Acid Bacteria Dosages on the Overall Honey Bee Gut Microbiota and Nosema ceranae Reduction
二等獎
Comparison of Same-Hen Yolk and Serum Antibody Levels Using the Elisa Test Following Vaccination with Typical Vaccines Used in Commercial Laying Hens
Supplementation of Lactobacillus casei Reduces Beta-amyloid Accumulation in Alzheimer Drosophila melanogaster
Predicting Knee Luxation Force for Various Gallinaceous Bird Species Using Musculoskeletal Measurements of the Leg
三等獎
Novel Geotaxic Data Show Botanical Therapeutics Slow Parkinson’s Disease in A53T and ParkinKO Models
What’s All the Buzz? Drosophila melanogaster as a Unique Model for Addiction Disorders and Physiology After Traumatic Brain Injury (TBI)
Examining the Predatory Relationship Between the Invasive Green Crab (Carcinus maenas) and the Indigenous Blue Mussel (Mytilus edulis) in the Gulf of Maine
An Inventory of Forest Birds Along the ʻAiea Loop Trail, Oʻahu, Hawaiʻi
Utilizing Hydrostatics to Describe the Paleoecology of Orthoceras, an Extinct Fossil Nautiloid
BIOCHEMISTRY
一等獎
Stem Cell Behavior and Osteogenic Differentiation on Plant-Derived Scaffolds
二等獎
CarC SPY: Non-Invasive Early Stage Multi-Cancer Detection Using AI-based Electrochemical Biosesensor to Detect Circulating Tumor Cells (CTCs)
argassum sp. Reductive, Polyphenol Extract Modulates D. dorotocephala Regeneration by Reduction of ROS, and Has Potential as an Anti-Inflammatory Agent
三等獎
Protein Secondary Structure Assignment (SSA) by Clustering Amino Acid Residues in the Space of Topological Descriptors
Application of Bayesian Inference for the Deconvolution of Nuclear Magnetic Resonance Spectra to Assess Metabolic Alterations and Type I Diabetes Susceptibility
A Highly Selective and Sensitive Novel Biosesensor Capable of Quantifying and Monitoring a Clotting Factor Elevated in Severe COVID-19 Cases
BIOMEDICAL AND HEALTH SCIENCES
一等獎
A Low-Cost Computer-Aided Lung Auscultation Apparatus and Automated Diagnosis of Respiratory Illnesses
二等獎
Cure of Breast Cancer, Year 4: First Discovery of Target Therapy for Aggressive Hormonal Breast Cancer using Clinical Database and 3D Model
Interleukin-33 Promotes Th17 Cell Clonal Expansion in the B16 Tumor Microenvironment
Novel Stage Optimized Image Processing to Improve Deep Learning Driven Diagnosis of Early Stage Diabetic Retinopathy
Chronic Sleep Deprivation Induces Brain Inflammation via CCR2-mediated Peripheral Monocyte Infiltration
三等獎
Schwann Cell Support as a Novel Approach to Peripheral Nervous System Demyelinating Disease: A Phase Two Study
Abnormalities of PTPN2 Increases BETA-cell Apoptosis in PP2-Beta Cells Derived from hESCs
Activation of Pregnane X Receptor for Xenobiotic Detoxification: A Novel Approach to Targeting Pollution-Related Diseases
The Identification and Validation of Novel Targets and Pathways of Alzheimer’s Disease Through Integrated System Approaches
The Effect of Deferoxamine and Ferrostatin-1 Treatments on Total ROS in HK-2 Cells
Curcumin and Capsaicin Synergistically Suppress Neuroblastoma Development
Adiponectin and BAT: Structure and Morphology of Brown Adipose Tissue in Adiponectin Transgenic Mice
CELLULAR AND MOLECULAR BIOLOGY
一等獎
The Neuro-Protective Role of Select Transcription Factors in a PINK1 Loss-of-Function Based Model of Neurodegeneration in Drosophila melanogaster
二等獎
Detecting Differential Transcription Factor Binding Using Single-Cell Sequencing
Rewiring PAM Specificity of SpdCas9 for Gene Repression
三等獎
Immunohistochemical Analysis Suggests a Role for Tmem131 in Thymic Epithelial Cell Differentiation
Save Our Sons: Exploring RNAi-mediated Intragenomic Conflict in D. sim through Genetic Assays and Testis Cytology
The Effect of IL-22 Stimulation on Paneth Cell Granule Morphology and Epithelial Cell Proliferation
CHEMISTRY
一等獎
Novel Ultra-Low-Density Nickel Aerogel
二等獎
Thrown, but Will It Break Down? – A Study of the Correlation of the pH of Soil and Its Effect on the Rate at which Biodegradable Materials Decompose and the Application of the Findings of this Experiment in Landfills
Novel Synthesis of Important Pharmaceutical Compounds using Visible Light and a Photocatalyst
A Combination of nNeem and Clove in the Form of Cream Against Tetraponera rufonigra
Development of Multi-sensor Paper-Based Test Kit for Heavy Metal Detection
三等獎
Phase II: Towards the Total Synthesis of the Leishmanicidal Lindbergin E for the Development of an Enantioseselective Phloroglucinol-Derived Polyketide
Synthesis A Pentiptycene-Anthracene Hybrid Smart Fluorescent Material
Determination of Optimal Conditions for Hydrogenolysis of Sulfur Compounds to Improve Efficiency of Jet Fuel Production
A New Method for the Selective Synthesis of Indirubins
Diffusion Mechanism of Pu+3 in Sedimentary Repository Conditions: Ab Initio Molecular Dynamics Study
Fabrication of Napthalimide Point-of-Care (POC) Chemosensor Using InkJet Printing on Cellulose Paper for Determination of Uric Acid (UA) in Synthetic Urine and Aqueous Solution of Grain Samples, and Chromium Metal (Cr) in Drinking Water
COMPUTATIONAL BIOLOGY AND BIOINFORMATICS
一等獎
Novel Prediction of Adverse Drug Reactions and Underlying Pathological Mechanisms via Hierarchical Classification
EGFRNet: Transfer and Multi-task Learning Based on Graph Convolutional Network Toward Multi-target Drug Discovery Against Cancers for EGFR-Family Proteins
二等獎
Tackling Tau: Identifying a Novel Inhibitor for the MSUT-2 Protein based on Quantum Machine Learning for the Identification of Treatments of Neurodegenerative Diseases
OrphaDRGL: A Novel Graph Deep Learning-based Drug Repositioning Approach for Orphan Diseases
V-BIND: Deep Geometric Transformers for SARS-CoV-2 Treatment Design
A Game-Theoretic Model of the Resting-State Brain
Determining the Optimal MRI Sequence for the Automatic Segmentation of Multiple Sclerosis Using Convolutional Encoder Networks
EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCES
一等獎
Quantifying Volume of the Dana Glacier Using Field Measurements and 3D Modeling
GLAS: A Global Landslide Analytics System
二等獎
A Novel Deep Learning Model for Estimating Tropical Cyclone Intensity from Satellite Images
Developing a User-Friendly System for Predicting Harmful Levels of Marine Biotoxins
The Creation and Practical Application of Industry Standards Water Analysis via PXRF
Larvicidal “Trojan-horse”: Experimentally Developing a Novel Low-Cost and Eco-Friendly Mosquito Vector Control Treatment
A New Approach To Ecology: Using Machine Learning to Predict the Spread of Invasive Species
Detection of Arsenic Contamination Using Satellite Imagery and Machine Learning
Using Machine Learning to Improve Numerical Weather Prediction
ENERGY: SUSTAINABLE MATERIALS AND DESIGN
一等獎
Engineering Multi-Enzyme Whole-Cell Biocatalysts for Biofuel Production
二等獎
Spira Aer: A Novel Hurricane-Inspired Logarithmic Spiral Fan Design for HVAC System Applications
Advanced Synthesis of Potent Photocapacitor Based on Novel 3D-Hierirachical BiVO4 and Self-Synthesized Carbon
Microwave Irradiation with Submerged Ultrasonication: A Novel Lignocellulosic Pretreatment Method
MATERIALS SCIENCE
一等獎
The Effects of Lattice Structure on SLA 3D Printed Piezoelectric PVDF
二等獎
First-Principles Characterization of a Novel Chromium Doped Vanadyl-Oxide Based Cathode for Higher Energy and Efficiency Lithium-ion Batteries
Cyclo.Plas 2: A Dual Focus Development as Alternative Materials to Plastic by Upcycling Fish Scale Waste Components
Investigation and Design of Two-Dimensional Nanomaterial Biosesensors for Breath-Based COVID-19 Detection Using Density Functional Theory
MATHEMATICS
一等獎
A Novel and Efficient Method of Persistent Homology to Detect and Remove Topological Errors in Triangle Mesh Data
二等獎
Enumeration of Polygon Dissections with Prescribed Conditions
Modeling COVID-19: Simulating the Effects of Waning Immunity Using a New Multi-Compartment Epidemiological Model
Classification of Tight Contact Structures on a Solid Torus
MICROBIOLOGY
一等獎
Distinguishing Bacterial Motion Quantitatively: A Diagnostic Method for Intestinal Disease
二等獎
Generating a Non-toxic, Multi-pathway Targeted Cocktail Treatment Composed of N- Acetylcysteine, Carvacrol, and DNase to Inhibit Pseudomonas Biofilm Proliferation in vitro
Prevention of Healthcare Associated Infections using Antibacterial Boron Carbonitride Nanoparticle Coating on Medical Devices
FD028: A Bifunctional HIV-1 Inactivator Acts Before Host Cell Entry
PHYSICS AND ASTRONOMY
一等獎
Evolution of the Cat’s Eye Nebula Revealed Through Morpho-Kinematic and Hydrodynamic Modeling
The Fast and Inconspicuous: New Near Earth Asteroids Discovered Using Deep Learning and Synthetic Data Are Fainter and Move Faster than Those Previously Discovered
二等獎
Optimization of Phased Array Antenna Systems for 3D Surfaces
Investigating Chaotic Convection Using a Lorenz Water Wheel and a Model of the Lorenz Attractors in R
EXoplanet ConfIrmaTIoN throuGh transits (EXCITING): Determining False Positives for Exoplanet Candidates
Nondestructive Analysis of Geological Sites Through Muon Transmission Imaging
PLANT SCIENCES
一等獎
Development of a Novel AI Drought-Stress Assessment (AIDA) Model in Bell Pepper (Capsicum annuum) Plants Using a Custom-Built Robotic RGB + Infrared (IR) Camera
二等獎
Variation in Flammability of Flora in the Sydney Sandstone Vegetation Community
In silico Genome-wide Study of NAC Gene Family in Brassica juncea (L.) for the Prediction of Abiotic-stress Responsive Genes
Tropicalization of Temperate Ecosystems: How Climate Change Can Influence
ISEF備賽建議首先，盡早開始你的項目（甚至可能在前一年夏季開始），你將有時間真正檢查你的主題並了解你所關(guan) 注的信息。通過提前開始，你將有時間決(jue) 定你的主題是否過於(yu) 寬泛或過於(yu) 狹窄，並相應地調整你的主題。
通過提前開始，你將有時間發現並糾正錯誤，必要時調整你的程序，或者可以從(cong) 導師或其他設備中獲得建議。所以盡早開始。每天做一點。如果你早點開始，時間就站在對你有利的這邊。
第1步：選擇一個(ge) 科研課題。這一直是最困難的一步，如果你選擇了一個(ge) 你感興(xing) 趣的主題，你將會(hui) 有更多的樂(le) 趣，做得更好，並獲得更好的成績。如何選擇科研課題？
第2步：定下開始研究的時間。
無論你是在進行實驗還是設計創作，你都需要研究你的主題，以了解有關(guan) 它的更多信息，以及可能已針對該主題進行的其他實驗，並按要求寫(xie) 下自己的研究日誌。
第三步，根據研究內(nei) 容撰寫(xie) 論文。
並根據不同雜誌要求進行發表，一文多用，盡可能多方麵進行背提。
【競賽報名/項目谘詢+微信：mollywei007】
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