《明日发明》幕后：与 WaterInsights™ 团队一起

纪录片《明日发明》跟踪了几位年轻科学家前往英特尔国际科学与工程展览会（ISEF，由美国科学与公众协会主办）的旅程，他们的项目涉及解决影响水、空气和土壤质量的复杂环境问题。

《明日发明》于 2019 年 7 月 29 日播出

今晚，您可以在 PBS 上收看这部纪录片，这是电视上最长的非虚构电影展播节目 POV Docs。

请查看当地节目预告！

公民科学

观看后，您可以帮助其中一位青少年科学明星 Sahithi Pingali 实现她的目标，即创建一个全球平台来分享水质数据，这样总有一天所有人都能在家中和环境中获得清洁的水。

首先，选择 WaterInsights™项目并注册以测试 Sahithi 免费的 beta 水质检测套件。她希望听到您关于如何改进它的想法。前五百名注册者将收到免费的 beta 套件，以及有关如何检测和报告水质数据的说明。

此外，还可以考虑参与 SciStarter 的《明日发明》页面上的其他公民科学项目，帮助科学家监测空气和土壤质量。您可以完成所有三个项目，以获得超级公民科学家证书。

Sahithi Pingali 和 Garand Tyson 问答

想了解更多关于 WaterInsights™ 团队的信息吗？在《明日发明》中亮相后，Sahithi 与 Garand Tyson 合作创建了 WaterInsights™ 项目。该应用程序仍在开发中，您可以通过在SciStarter上注册来参与此项目。

在一次问答中，Sahithi 和 Garand 分享了他们的一些个人信息和工作情况。

Sahithi Pingali

您的专业背景是什么？ 我目前是斯坦福大学二年级本科生。自 15 岁起，我一直从事环境研究和倡导工作，特别关注水污染。我与跨学科的利益相关者合作过，包括科学家、社工、商人和政治家。我曾在印度科学研究所生态科学中心、密歇根大学安娜堡分校土木与环境工程系以及亚利桑那州立大学坦佩分校的纳米技术水处理小组实习。

为什么选择公民科学？ 我热衷于让人们参与到他们当地的环境问题中。环境问题常常令人不知所措——气候变化和工业水污染等问题似乎过于庞大和复杂，一个人难以做出改变，而且很难知道从何开始。公民科学是获得对问题基本科学理解的绝佳起点，同时也能为实际数据做出贡献，学习环境管理，并了解如何采取行动保护当地环境。

在印度班加罗尔，我受到公民们挺身而出，为他们附近的湖泊承担责任并努力复兴和保护它们的做法的启发。然而，我也对一些事情感到沮丧——尽管许多人受益于健康的当地水源，但大部分行动却来自极少数人，而且公民们高度依赖少数科学专家。我想帮助更多人了解水污染问题，并让他们积极参与其中。我还想让公民活动家更容易地生成关于当地水体的数据，这样他们就不必等待有限的专家进行检测。公民科学似乎是实现这两者的完美途径。

您代表/运行哪个公民科学项目？ 我代表 WaterInsights™，该项目旨在以前所未有的规模和频率众包水体监测数据。我们将使任何公民都能监测他们家中或当地环境的水质，然后将这些数据收集到动态更新的全球水健康地图中。

您是如何启动这个公民科学项目的？是什么促使您开始的？ 我在印度班加罗尔长大。班加罗尔有严重的水污染问题——城里的一些湖泊污染严重，有时甚至会覆盖有毒泡沫，甚至会起火！我曾是我高中一个俱乐部的负责人，我们致力于提高人们的认识并筹集资金来帮助湖泊。在我创建宣传材料并与各种公民活动家交流的过程中，我意识到关于水中实际污染物缺乏科学数据。即使有数据，也隐藏在充满术语的科学报告中，难以获取。我认为这是一个重大问题——如果我们对湖泊所遭受的污染没有足够的信息，我们如何能复兴它们？这促使我创建了一个项目，利用公民科学来生成这些信息，并使所有数据都易于访问和理解。

人们如何参与您的项目？ 我们目前正在进行首次 beta 测试！前五百名注册者将获得免费的水体监测套件。只需访问SciStarter并填写我们的参与表单。

一旦我们寄给您水质检测套件，您就需要一个干净的容器从当地的湖泊、溪流、河流、池塘、井或家用自来水中取水样。然后，您可以下载 WaterInsights™ 应用程序，它将引导您完成水体监测的各个阶段。您需要将我们的试纸浸入水样中，并通过 WaterInsights™ 应用程序拍摄照片。然后，该应用程序将上传和分析这些照片，为您提供结果，并帮助您理解它们的含义。

如果您无法下载该应用程序，仍然可以使用套件中的说明，并从计算机上传您的结果。

您的项目随着时间的推移发生了哪些变化？例如，参与者是否增加了？研究目标是否有所改变？ 这个项目最初是我十年级时的科学展项目。它当时的基本使命与现在相同：让世界公民了解他们所处环境和家庭中水质的健康状况。然而，它已经取得了很大的发展和改进。我们通过改进我们的应用程序和图像分析方法，开发了更准确、更用户友好的水质数据生成方式。我们还开始更加重视项目的教育方面。我们非常希望帮助人们理解水质检测结果的含义，以及他们可以做些什么来改善他们环境中的水质。

关于这个项目，有什么令人难忘的轶事吗？ 这个项目曾被一部电影收录！《明日发明》是一部关于世界各地的青少年如何利用科学和技术来解决当地环境问题的电影，它跟踪了 WaterInsights™ 项目的早期阶段，当时我还在为科学展项目而努力。

您的项目下一步将走向何方？ 我们目前正在进行首次 beta 测试，并将寄出我们的第一批五百个水质检测套件（您应该注册参与！）。我们将利用此次测试的结果和反馈来使我们的系统尽可能准确和用户友好。然后，我们将在线提供检测套件供任何公民科学家订购。我们还在努力创建一个配套的教育课程，以便世界各地的学生可以将此作为课堂活动。

有什么事情是您希望每个人都知道的？ 我希望每个人都知道他们的水来自哪里，以及他们的水流向哪里。

Garand Tyson

请介绍一下您。您是如何开始从事这类工作的？您会如何描述您的专业背景？ 嗨！我叫 Garand，我和 Sahithi 一样，是斯坦福大学计算机科学专业的二年级本科生。我最早是在三年级时开始编程的，用乐高积木搭建简单的机器人，并编程让它们在地上跟踪线条，跳小舞，完成简单的任务。我热爱机器人技术，后来参加了中学科学展，并最终加入了高中的机器人竞赛队。高中时，我建造的机器人变得更加复杂，我开始编程智能手机作为机器人的“大脑”，并使用网络摄像头和其他视觉传感器作为“眼睛”。我在高中时让机器人“看到”的许多算法也 incorporated 到 WaterInsights™ 应用程序中，用于使用手机摄像头分析试纸！

高中毕业后，我在一家物理实验室工作，并编写了人工智能程序，帮助科学家分析亚波长尺度下的光，并开发用于制造下一代触摸屏的新材料。目前，我在微软担任软件工程实习生，从事 Android 开发和语音助手方面的工作。

这个应用程序是如何工作的？它与其他公民科学应用程序有什么不同？关于它，有什么特别酷的——让您感到兴奋的事情？ 大多数公民科学应用程序都相当简单。它们以有用的方式向用户展示数据，并允许用户输入额外的数据。WaterInsights™ 的不同之处在于它会自动为您收集和分析数据，因此您无需观察和尝试手动解释试纸结果。这并不容易，而且需要大量的后台工作（您可能会注意到该应用程序比其他公民科学应用程序占用的空间要大得多）。

为了分析试纸，您的手机会定位试纸上的颜色方块，将颜色与数据库进行比较，然后告诉您正确的读数。虽然理论上这看起来并不太复杂，但机器视觉在实践中往往要复杂得多。如果试纸是歪的或不在正确的位置怎么办？如果卡片在您拍照时不是完全平坦怎么办？如果外面阳光明媚，有阳光照在试纸上怎么办？如果天阴怎么办？这些都是应用程序必须考虑以获得准确读数的场景。

为了在所有条件下都能实现这一点，我们首先需要拍摄一张完美的照片，所有条件都符合我们的要求。为了做到这一点，Sahithi 花了大量时间在实验室里将试纸浸入精心准备的水样中，将试纸在测试卡上精确对齐，设置所有灯光，然后拍摄一张完美的照片。然后，我们用手机对如何分析这张完美照片中的试纸进行编程。

当您自己使用该应用程序时，您不会像 Sahithi 那样花费那么多时间进行设置（至少我希望您不会），所以您的照片不是“完美”的。因此，程序基本上会将您不完美的照片与 Sahithi 的完美照片进行比较，并利用线性代数的强大功能，将您的照片转换成尽可能接近 Sahithi 的照片。这意味着，如果外面阳光明媚，程序会调暗照片以消除阳光。如果试纸是歪的，它会将其转正。将您的照片转换为“完美”照片后，程序就知道如何解读它，并可以正确分析试纸。

您会对那些喜欢做与您类似的工作，但可能感到困惑或不确定从何开始的人有什么建议？ 计算机科学是当今最令人兴奋和发展最快的领域之一。一旦您学会了如何驾驭计算机的力量，您就可以真正做到任何事情。我用编程制作过《星球大战》电子游戏、会打篮球的机器人、派对策划应用程序和科学发现，而且我每天都在学习新东西。

您可以通过计算机科学实现的各种惊人事情确实令人鼓舞，但它也可能令人望而生畏，尤其是对于刚入门的人。我的建议是，只需选择一个简单的项目并坚持下去。您不会知道如何做所有事情，但这没关系。我从未从头开始编写过一个程序。Google 是一个极好的资源，可以回答您从“如何编写程序”到神经网络的高级主题的所有问题。最重要的事情就是开始；其他一切都会迎刃而解。

更实际地说，Scratch 是一个很棒的入门编程学习平台。它提供了出色的教程，可以帮助您入门，虽然它看起来很简单，但您可以用它来构建一些非常酷的程序。在使用 Scratch 一段时间后，如果您使用 Mac，Swift 是一个很棒的第一个编程语言；如果您对网站感兴趣，JavaScript 也很不错。

最后，您不必上课就能学会编程。事实上，我认为通过自己动手做有趣的实际项目来学习通常更好。我上大学之前从未上过一门编程课，但我仍然能够在此之前学到很多东西并构建酷炫实用的应用程序。