用土豆制作電池、化學驅(qū)動的火山、依靠注射器液壓開合的吊橋 —— 這些都是全球STEM學生幾十年來在校園和科學競賽中制作展示的經(jīng)典科學實驗項目。

這些實驗看似簡單樸素，卻至今仍具啟發(fā)意義。事實上，許多經(jīng)典科學項目，與應對全球重大挑戰(zhàn)的前沿研究有著直接關聯(lián)。

IEEE高級會員Eleanor Watson表示：“這種關聯(lián)比你想象的更直接?！?/p>

想要看清未來的方向，我們不妨回望這些課堂經(jīng)典，看看它們?nèi)绾窝葑優(yōu)槿缃裎覀兯蕾嚨母呖萍冀鉀Q方案。

植物發(fā)電

精準農(nóng)業(yè)依靠傳感器來優(yōu)化農(nóng)作物產(chǎn)量。隨之而來的問題是：這些傳感器的電力從何而來？

答案或許真的和“根”有關 —— 源自課堂上那個經(jīng)典科學實驗：用土豆或檸檬發(fā)電，正如IEEE TryEngineering項目中所展示的那樣

最新研究表明，農(nóng)民或許可以向地下尋找電力。意大利科學家研發(fā)出一種專用傳感器，可夾在植物莖干上監(jiān)測水分含量，并將數(shù)據(jù)直接發(fā)送至植株底部附近的接收器。該接收器利用土壤中微生物產(chǎn)生的電信號供電

這項技術一旦實現(xiàn)商業(yè)化，將有望提供一種低成本方案，精確到單株植物地監(jiān)測作物健康狀況。

火山與深度學習背后的數(shù)學原理

學生將醋這類酸性物質(zhì)加入小蘇打時，會發(fā)生化學反應并產(chǎn)生泡沫。把混合物放進圓筒里，泡沫就會向上噴發(fā)。

這些實驗展示的不只是化學反應 ——泡沫的運動背后藏著嚴謹?shù)臄?shù)學規(guī)律。

2025年的一項研究發(fā)現(xiàn)，計算機模擬泡沫中氣泡的行為，在數(shù)學上與訓練現(xiàn)代AI的算法高度相似

Watson表示： “學生實驗里火山噴發(fā)的泡沫，和深度學習遵循的是同一套數(shù)學規(guī)律。”

從玩具吊橋到現(xiàn)代機器人技術

IEEE高級會員Marcio Teixeira年少時曾制作過一座小型液壓吊橋，用以演示帕斯卡原理。按壓一個注液注射器，就能通過另一個注射器抬起橋梁。

盡管帕斯卡原理已問世近四百年，至今仍在廣泛應用，尤其在機器人領域。例如與傳感器結合后，液壓原理在機械肢體研發(fā)中至關重要。

研究人員還開始試驗充液織物，利用液壓原理制造人工肌肉