Teenager erhält Stipendium für sein Glaukom

Aug 14, 2023

Nach Angaben der US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten ist das Glaukom weltweit die zweithäufigste Ursache für irreversible Blindheit. Der Sehnerv, der visuelle Informationen an das Gehirn weiterleitet, degeneriert, was zu einem allmählichen Verlust des Sehvermögens führt. Wenn die Erkrankung nicht frühzeitig erkannt wird, kann es zu einem gewissen Grad dauerhafter Blindheit kommen. Selbst teure Behandlungen, die je nach Schwere der Erkrankung zwischen 600 und 2.500 US-Dollar pro Jahr kosten, können den Schaden nicht rückgängig machen.

Nachdem bei einem Familienmitglied des Teenagers Rohan Kalia Glaukom diagnostiziert wurde, begann er mit der Erforschung einer erschwinglichen Technologie, die zur Früherkennung eingesetzt werden könnte. Kalia ist Studentin im zweiten Jahr an der Wheeler High School in Marietta, Georgia. Er hat ein tragbares, kostengünstiges Gerät gebaut, das die Erkrankung genau diagnostizieren kann.

Kalias EyePal wurde auf der Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) im Mai in Dallas vorgestellt.

Eyepal, das als neuartiges multimodales Diagnose- und Präventionssystem beschrieben wird, das eine zugängliche und individuelle Glaukomerkennung ermöglicht, gewann dieses Jahr das IEEE Presidents' Scholarship in Höhe von 10.000 US-Dollar. Die IEEE Foundation hat den Preis ins Leben gerufen, um einen verdienten Studenten zu würdigen, dessen Projekt ein Verständnis der Elektro- oder Elektroniktechnik, der Informatik oder eines anderen IEEE-Interessengebiets zeigt. Das Stipendium wird von IEEE Educational Activities verwaltet und ist über einen Zeitraum von vier Jahren grundständigem Universitätsstudium zahlbar.

Kalia und die Stipendiaten mit dem zweiten und dritten Platz erhalten außerdem eine kostenlose IEEE-Studentenmitgliedschaft. IEEE Senior Member Bob Becnel, Direktor der IEEE Region 5, überreichte Kalia das Stipendium.

EyePal belegte außerdem den dritten Platz in der Kategorie Systemsoftware des ISEF und brachte Kalia eine Auszeichnung in Höhe von 1.000 US-Dollar ein.

Das medizinische Gerät EyePal von Rohan Kalia bietet mit seiner Kamera, einem Raspberry Pi, maschineller Lerntechnologie und einer mobilen App eine zugängliche, erschwingliche und individuelle Glaukomdiagnose. Lynn Bowlby

Augenanomalien wie ein Glaukom werden anhand von Bildern des Netzhauthintergrunds im Rahmen einer Standarduntersuchung erkannt. Der Fundus ist die hintere Oberfläche des Augeninneren und umfasst die Netzhaut, die Makula, die Papille, die Fovea und Blutgefäße. Typischerweise werden die Bilder von einem Augenarzt gemacht, der spezielle Geräte verwendet.

Kalia entdeckte während seiner Forschung, dass die sozioökonomische Situation einer Person einen Einfluss darauf hat, ob ein Glaukom diagnostiziert wird.

„Ich habe gelernt, dass es weltweit große Unterschiede in der Augenpflege gibt“, sagt er. „Diagnose und Prävention des Glaukoms sind nicht zugänglich.“

Er stellte fest, dass Tests auf die Krankheit in ländlichen Gebieten für viele Menschen aufgrund des Mangels an Augenärzten und Testzentren sowie der hohen Kosten für die Ausrüstung, der fehlenden Krankenversicherung und der hohen Kosten oft unerreichbar waren der Test.

Der EyePal verwendet eine hochwertige Kamera, einen Raspberry Pi-Minicomputer, maschinelle Lerntechnologie und eine mobile App. Die Kamera macht Fotos vom Augenhintergrund und sendet sie an ein mobiles Gerät, das von einem Spezialisten untersucht werden kann. Laut Kalia zeigte EyePal eine Genauigkeit von 95 Prozent, als es an Fundusbildern getestet wurde.

Im Gegensatz zu eigenständigen Spezialgeräten, die nur in Arztpraxen oder Sehtestzentren verwendet werden können, ist EyePal tragbar und kann daher in ländlichen medizinischen Zentren und Gesundheitskliniken eingesetzt werden.

„Das Gerät kostet weniger als 100 US-Dollar“, sagt er. „Es ist 50-mal günstiger als der Durchschnittspreis für ophthalmologische Geräte und darüber hinaus sehr tragbar. Ich habe dieses neue Ensemble-basierte Diagnosesystem entwickelt.“

Kalia sagt, er habe nicht damit gerechnet, das Stipendium des Präsidenten zu gewinnen.

„Es war eine schöne Überraschung“, sagt er. „Es war surreal, auf die Bühne zu gehen und [Becnels] vor allen Leuten die Hand zu schütteln.“

Kalias Rat an zukünftige Ingenieure ist, trotz Hindernissen weiterzumachen: „Bei einem Ingenieurprojekt gibt es Zeiten, in denen man am liebsten aufgeben, aber durchhalten möchte.“

„Wählen Sie ein Projektthema, das Ihnen wirklich gefällt“, fügt er hinzu. „Wenn man sich wirklich für das Thema interessiert, gibt es einem die Motivation, weiterzumachen.“

Er sagt, dass Kalia noch nicht damit begonnen hat, nach Universitäten zu suchen, aber zu seinen Karriereplänen gehört die Arbeit in der Forschung, höchstwahrscheinlich im Bereich der Sehkraft.

„Ich liebe es, Lösungen zu schaffen“, sagt er, „und Dinge für Menschen zu bauen.“

Filip Piękoś zeigt seine kontaktlose, programmierbare Computertastatur Zhelta, die bei Geschicklichkeitsproblemen einen magnetisierten Stab am Rand einer Baseballkappe verwendet.Lynn Bowlby

Der diesjährige Zweitplatzierte war Filip Piękoś, ein Junior von Zespół Szkół Technicznych i Ogólnokształcących in Jarosław, Polen. Für sein Projekt Zhelta erhielt er 600 US-Dollar. Die kontaktlose, programmierbare Computertastatur wurde für Menschen entwickelt, die aufgrund von Fingerfertigkeitsproblemen oder anderen gesundheitlichen Problemen keine herkömmliche Tastatur verwenden können.

Computertastaturen erfordern im Allgemeinen den Gebrauch beider Hände – ein Problem, das Piękoś bemerkte, als ein Freund mit Multipler Sklerose nicht in der Lage war, eine zu benutzen. Sein Freund befestigte einen Bleistift an einer Baseballkappe mit breiter Krempe; Indem er seinen Kopf bewegte, während er die Mütze trug, konnte er mit dem Bleistift tippen.

„Ich habe es improvisiert und eine ähnliche Funktionalität mit einem magnetischen Zeiger verwendet, den man auch an einer Baseballkappe befestigen kann“, sagt Piękoś. „Mein Projekt richtet sich an Menschen mit Behinderungen, insbesondere an Gliedmaßenlähmungen. Ich habe eine benutzerdefinierte Tastatur entworfen, prototypisiert und gebaut, bei der eine Person ihre Hände nicht benutzen muss. Stattdessen wird ein Zeiger verwendet, der über den Tasten schwebt – wodurch deren Funktion aktiviert wird.“

Der berührungslose Zhelta kann mechanisch durch Drücken eines Schalters und magnetisch mithilfe eines Zeigeraufsatzes aktiviert werden, anstatt Tasten zu drücken. Die Länge des Zeigers kann je nach Winkel und Höhe für den Benutzer angepasst werden. Laut einem Interview mit Piękoś über seine Tastatur kann der Zeiger entweder am Schirm einer Kappe befestigt oder gehalten werden.

Die Tastatur verfügt über ein OLED-Display, sodass Benutzer die von ihnen verwendete Software anzeigen können. Piękoś verwendete eine CAD-Software, um die Tastatur über USB an einen Computer anzuschließen, während sie auf einem Ständer montiert war.

Piękoś sagt, er wünsche sich, dass sein Projekt eine nachhaltige Wirkung entfalte.

„Ich hoffe, dass daraus ein echtes Produkt wird und etwas, das anderen auf der ganzen Welt helfen kann“, sagt er. „Ich hatte nicht damit gerechnet, dass mein Projekt eine Auszeichnung erhalten würde, deshalb war ich wirklich begeistert, dass es mir gelungen ist, eine zu bekommen.“

Er hofft, eine Ingenieuruniversität in den Vereinigten Staaten zu besuchen und die Produktentwicklung von Zhelta weiterzuführen.

„Ich bin gespannt auf das, was kommt“, sagt er.

Anish Anand hält seinen Quadrocopter in der Hand, der so umgebaut wurde, dass er als 5G-Kommunikationsbasisstation fungiert und den Menschen in ländlichen Gebieten schnelles und kostengünstiges Internet bietet. Lynn Bowlby

Anish Anand, ein Erstsemester an der Palos Verdes Peninsula High School in Rancho Palos Verdes, Kalifornien, belegte den dritten Platz. Er erhielt 400 US-Dollar für sein Projekt „Ein neuartiges Steuerungssystem für die autonome Quadrocopter-Navigation“.

Als Anand seine Familie in Indien besuchte, stellte er fest, dass es seinen Verwandten an Hochgeschwindigkeits-WLAN mangelte.

„Sie hatten 2G-WLAN“, sagt er, „weil der Aufbau der Infrastruktur für Hochgeschwindigkeits-WLAN [für das örtliche Telekommunikationsunternehmen] zu teuer war.“

Er wollte einen Weg finden, um unentwickelten Gebieten in Indien schnelles und kostengünstiges Internet zur Verfügung zu stellen. Nachdem er sich über Möglichkeiten zur Lösung des Problems informiert hatte, beschloss er, autonome Quadrocopter als Basisstationen für die 5G-Kommunikation einzusetzen.

Bei seiner Forschung fand er heraus, dass bestehende autonome Quadcopter ein einziges Regelkreissystem für alle sechs Freiheitsgrade verwenden. Die Methode kann jedoch instabil sein und der Kopter könnte bei Luftstörungen oder Ungleichgewichten abstürzen.

Um das Instabilitätsproblem anzugehen, baute er ein Dual-Loop-Steuerungssystem auf der Grundlage der Stabilitätstheorie von Lyapunov, die den Zustand der Stabilität in einem System wie dem von Anand beschreibt. Nachdem die Änderungen auf Quadrocopter angewendet wurden, können diese effektiver als 5G-Kommunikationsbasisstationen arbeiten.

„Mit meinem Dual-Loop-Steuerungssystem habe ich die Bewegungen der Quadcopter mithilfe der Original-Matlab-Programme und Prototypen optimiert, die ich von Grund auf erstellt habe“, sagt er. „Ich habe festgestellt, dass mein Steuerungssystem doppelt so schnell und zwei- bis dreimal stabiler war als aktuelle Single-Loop-Steuerungssysteme.“

Die Technologie, die Anand erforscht, hat seiner Meinung nach das Potenzial, schnelleres, kostengünstigeres Internet in ländliche Gebiete zu bringen.

Er sagte, er sei begeistert gewesen, von mehreren Nachrichtenagenturen interviewt zu werden: „Es war wirklich großartig, dass all diese Leute kamen und mich über mein Projekt sprechen ließen. Als ich die Auszeichnung erhielt, war das ein surrealer Moment, vor allem als ich auf die Bühne ging.“

Anand nimmt an vielen außerschulischen Aktivitäten seiner Schule teil, darunter am Mathematikteam, der Wissenschaftsolympiade und StellarXplorers, einem Programm der Air and Space Forces Association.

Er sagt, er hoffe, einen Doktortitel zu erlangen. in Elektrotechnik und verfolgen Sie eine Karriere in diesem Bereich.