Anna Du liep langs het strand van Castle Island in South Boston toen ze plastic op de kustlijn zag liggen. Ze stak haar hand uit om het op te pakken en besefte al snel dat er veel meer kleine stukjes waren dan ze aankan.
"Toen ik me realiseerde hoeveel stukken er waren, leek het onmogelijk", zegt Du, die toen in de zesde klas zat.
Maar Du benaderde het probleem zoals elke goede wetenschapper - eerst door een beetje onderzoek te doen. Dat is hoe ze leerde dat 8 miljoen ton plastic elk jaar in de oceanen belandt - en dat in aanvulling op de maar liefst 150 miljoen ton die er al zijn.
Daarna ging ze aan de slag met het bouwen van iets dat het probleem kon helpen oplossen: een op afstand bestuurbaar voertuig, of ROV, dat door water kan bewegen en plastic op de oceaanbodem kan spotten.
Du is een van de 30 finalisten in de Broadcom Masters-competitie, een van de beste STEM-wedstrijden voor wetenschap, technologie, engineering en wiskunde voor jonge studenten ter wereld. De wedstrijd, georganiseerd door de Broadcom Foundation en Society for Science and the Public, loopt al acht jaar. Dit jaar werden bijna 5.000 zesde, zevende en achtste klassers genomineerd na deelname aan regionale wetenschapsbeurzen. Daarvan vroegen 2.500 online om in aanmerking te komen. Die pool werd teruggebracht tot 300 projecten genaamd "Broadcom Masters", en nu zijn de top 30 finalisten momenteel verzameld in Washington, DC om hun projecten te presenteren. Een hoofdprijs van $ 25.000, evenals andere geldprijzen, worden vandaag aangekondigd in het Carnegie Institution for Science.
De ROV van Du is gemaakt van PVC-buizen. Geïnspireerd door allerlei ROV's, zoals de Curiosity-lander die spioneert op het oppervlak van Mars en de diepzee arctische Nereid ROV bij Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), heeft Du's ROV twee afzonderlijke systemen, een navigatiesysteem en een detectiesysteem. Het navigatiesysteem is vrij eenvoudig: het gebruikt propellers om door het water te bewegen en een nieuwe combinatie van visgewichten en drijvers van schuimplassen waarmee het op en neer kan bewegen.
"De echte uitvinding hier is de detectie", zegt robotica en ingenieur Dana Yoerger, die werkt met WHOI's Nereid, een ROV die grote afstanden aflegt in het Noordpoolgebied en een reeks akoestische, chemische en biologische sensoren aan boord heeft. In eerbied voor Nereid gaf Du haar de bijnaam ROV Nereid Jr., hoewel haar voertuig een andere vaardigheden heeft dan de naamgenoot. "De ROV is goed gedaan voor een 12-jarige en die van haar is behoorlijk slim, " voegt Yoerger toe.
Het detectiesysteem is, aldus Du, het 'eigenlijk koele deel'. Ze gebruikt een infraroodcamera met hoge resolutie samen met drie verschillende soorten licht om het plastic te spotten. De detectiemethoden van Du bestaan uit twee verschillende golflengten van infrarood licht, die de absorptiespectra in microplastics verlichten en ze onderscheiden van het zand en plantenleven. Ze gebruikt ook zichtbaar licht om onnatuurlijke kleuren te spotten waardoor het plastic eruit zou kunnen springen. (Du was dit jaar ook een van de tien finalisten in de Discovery Education 3M Young Scientist Challenge. Je kunt een demo zien in haar applicatievideo.) Het apparaat verzamelt de microplastics niet, maar identificeert wel waar ze zich ophopen. Ze heeft patent aangevraagd op de functionele elementen van de ROV.
"Ze heeft een indrukwekkend basistechnisch instinct om een dergelijk probleem op te lossen en er vervolgens achteraan te gaan", zegt Casey Machado, die ook een WHOI-ingenieur is die met Nereid werkt. “Ze was in staat om dat op te volgen met het technische werk, de constructie en het ontwerp om een werkend prototype te maken, wat erg cool is. Het klinkt eenvoudig, maar het is een denkniveau dat echt indrukwekkend is. ”
Toen Du voor het eerst las over de uitdaging om microplastics in de oceaan te vinden die, in tegenstelling tot de Great Pacific Garbage Patch, niet aan de oppervlakte drijven, wist ze dat een ROV het meest efficiënte hulpmiddel voor de taak zou zijn. Emmers en emmers watermonsters nemen en deze in een laboratorium analyseren, kan nooit op de benodigde schaal worden uitgevoerd. Ze had een mobiel laboratorium nodig dat de kunststoffen in situ kon vinden.
Du woont sinds haar vijfde jaar openbare evenementen en workshops bij MIT bij en daarom heeft ze de benodigde technische vaardigheden voor haar ROV opgedaan tijdens deze sessies, makerlabs bij lokale bibliotheken en YouTube. Ze zegt dat het lastig was om haar apparaat door waterput te laten bewegen - zelfs om de juiste soort lijm te kiezen om de PVC-buizen bij elkaar te houden. Voordat ze bijvoorbeeld visgewichten toevoegde, draaide de ROV om als ze hem op en neer probeerde te bewegen. Er was veel vallen en opstaan toen ze haar ROV testte in Boston Harbor.
Du test Nereid Jr. in Boston Harbor. (Broadcom Masters) "Anna is een kracht waarmee rekening moet worden gehouden - al deze finalisten zijn dat, " zegt Maya Ajmera, de president en CEO van Society for Science and the Public. “Wat ik geweldig vind aan alle kinderen die door onze wedstrijden gaan, is dat ze naar grote problemen kijken. Ze kijken naar een groot probleem en beperken het tot ze iets haalbaars vinden waar ze iets aan kunnen doen. Met Anna's project zie je het grote geheel. '
Dat is zeker Du in een notendop. Gevraagd naar toekomstplannen, noemt ze de effecten van klimaatverandering op de een of andere manier.
"Vooral met klimaatverandering over de hele wereld, denk ik dat er veel problemen zijn die kunnen worden opgelost met nieuwe uitvindingen, " zegt Du. "Op dit moment concentreer ik me vooral op kunststoffen, want er is nog een lange weg te gaan."
Voor Nereid Jr. is de volgende stap van Du de ontwikkeling van een kunstmatig intelligent systeem dat een voorspellend algoritme kan creëren van waar microplastics zich waarschijnlijk zullen verzamelen.
Du crediteert haar ouders, die haar al jaren meenemen naar MIT's studentenactiviteiten in het weekend, voor het bevorderen en ondersteunen van haar interesse in STEM. Ze zegt dat ze daar studenten en wetenschappers heeft kunnen ontmoeten en als gevolg daarvan haar zinnen heeft gezet op het volgen van de universiteit en het worden van een ingenieur.
"Ik weet dat ik ingenieur wil worden omdat ik graag dingen bouw om de wereldproblemen op te lossen, " zegt Du. "Maar ik weet nog niet zeker wat voor ingenieur ik wil zijn."
Op haar leeftijd heeft ze genoeg tijd om dat uit te zoeken.
