16 岁少年造出仿生海龟机器人，AI 识别微塑料准确率达 94%

IT之家 7 月 22 日消息，2024 年夏天，在加拿大祖父母家的泳池边，16 岁的埃文 · 巴兹（Evan Budz）正试图解决一个十分特别的问题：如何让自己设计的自主“海龟机器人”真正游起来。



“我还记得最初几次测试。”巴兹在接受《Business Insider》采访时说，“我把机器人放进水里，它直接沉到了池底，根本不会游泳，也无法控制自己的深度，就像一块砖头一样。”

对于大多数青少年来说，这显然不是他们会遇到的问题。但对巴兹而言，这却成了他最投入的研究课题。

2024 年早些时候，一次与家人前往加拿大安大略省荒野露营的经历，让他对水生动物产生了浓厚兴趣。

他说：“当时我看到一只鳄龟在水中游动，它的动作流畅自然，非常优雅。

我受到很大启发，希望设计出一台能够模仿它运动方式的机器人。

”

经过后院泳池里的反复测试，以及数月不断调试、改进和升级，这项研究终于在今年 5 月迎来了成果。

凭借一套水下三维全息成像相机，以及自己训练的 AI 模型 —— 能够识别水体中的微小塑料颗粒，并将这些设备安装到自主海龟机器人上，巴兹在 2026 年 Regeneron 国际科学与工程大奖赛（Regeneron International Science and Engineering Fair，ISEF）上获得了 5 万美元（IT之家注：现汇率约合 33.9 万元人民币）奖学金。

他说，仅制造机器人和全息相机，两项工作各自就投入了约 2000 个小时。

巴兹表示，选择环保作为自己的研究方向几乎是顺理成章的事情。“我一直热爱户外。”他说，“从六岁开始，我就跟着父母到偏远地区露营。我们会划着独木舟前往那些美丽而壮观的湖泊。”

后来，在观看一部关于海洋和海洋生态系统的纪录片后，他了解到水体中已经充满了微塑料污染。

根据海洋保护协会（Ocean Conservancy）的统计，每年约有 1100 万吨塑料垃圾流入海洋，影响超过 1300 种海洋生物。

2024 年，巴兹花费约 5 个月时间打造了这只海龟机器人。

他认为，海龟是执行这类任务最理想的仿生对象，“海龟的游泳效率非常高，这对于设计仿生机器人来说至关重要。

我希望机器人能够长距离执行任务，而无需频繁充电或担心电池耗尽。

”

他说：“此外，海龟广泛生活于各种水域生态系统，因此当地其他生物对它们并不会感到陌生，更不容易引起干扰。”

另一方面，海龟体型较大，也方便安装各种科研设备，例如传感器和全息成像系统。

为了让机器人的游泳姿态更加自然，巴兹还向当地水族馆的专家寻求了帮助。

他说：“随后，我开发了一系列算法，让机器人能够按照预设搜索路径自主游动，同时自动调节自身深度。

它基本上可以按照用户设定的目标自主前进，完全不需要人工导航或人为控制。

”

2025 年夏天，巴兹开始研发三维全息成像系统，并训练 AI 模型。他说，这一过程经历了大量反复试验，尤其是在让 AI 准确区分微塑料和水中其他微小生物方面，需要不断调整和优化。

“其中包括不断优化硬件，提高成像分辨率，以识别尺寸只有约 10 微米的微小颗粒和微塑料。

”整个检测流程首先需要利用全息成像系统采集三维全息图像，然后再交由 AI 模型识别其中是否存在微塑料。

不过，真正用于测试的时间却非常有限。巴兹表示，加拿大北部冬季寒冷，因此必须赶在湖面结冰之前完成所有外场测试。

“我生活在加拿大北部，这里的冬天非常冷，所以必须在天气变冷之前，到当地几座湖泊完成最终版仿生机器人的测试。”

到了 Regeneron 国际科学与工程大奖赛举办时， 这套系统已经能够以 94% 的准确率区分微塑料和其他微小颗粒。

巴兹表示，他的研究目标，是让微塑料检测变得更快、更普及。他认为，目前主流检测方式主要依赖实验室分析，整个流程十分复杂。

“由于必须送到实验室检测，即便只是少量样品，也可能需要几天时间才能完成分析，而且成本很高。

”他说，“对于偏远地区来说，这种方法几乎不现实，因为那里既没有实验室，也缺乏专业技术人员。

”

相比之下，他研发的系统能够直接在水中完成微塑料检测，无需将样本送回实验室。

正是这一创新思路，让巴兹获得了本届大赛最高荣誉之一 —— 戈登 ·E· 摩尔未来世代积极成果奖（Gordon E.

Moore Award for Positive Outcomes for Future Generations）。

由再生元制药公司（Regeneron Pharmaceuticals）和科学学会（Society for Science）共同举办的 Regeneron 国际科学与工程大奖赛，今年共向获奖学生发放了超过 700 万美元奖金。

这项赛事面向全球高中生开放，今年共有超过 1700 名学生参赛。

谈到获奖经历，巴兹说：“当时真的感觉像做梦一样。

我站在领奖台上，听到主持人念出戈登 ·E· 摩尔奖获奖者的名字时，我心里一直在想：‘天哪，那真的是我吗？

我真的获奖了吗？

’当时脑子里一下子闪过很多念头，甚至有些不敢相信。

但总体来说，那是一段非常难忘的经历。

”

目前，巴兹仍将重心放在高中学业上。他计划利用这笔 5 万美元奖学金进入大学攻读科学或工程专业，并希望将自己的研究成果分享给更多科研人员，推动相关领域进一步发展。

[来源链接] https://www.ithome.com/0/980/247.htm