真厉害！新泽西华裔女高中生用AI对抗入侵物种 拯救美国农业！

美国东部农业区近年来持续遭受斑点灯笼蝇（Spotted Lanternfly）的大规模侵袭，这种色彩鲜艳却危害极大的入侵昆虫正威胁着超过70种植物。如今，一位来自新泽西North Hunterdon高中的18岁华裔学生Selina Zhang，凭借一把从自家露台取材的雨伞、一套太阳能电网系统以及人工智能技术，开发出一项名为“ArTreeficial”的创新解决方案，为农业保护带来全新希望。

从童年好奇到科学使命

Selina Zhang自幼在新泽西Annandale的市场附近初次见到这种外表艳丽、红黑相间的昆虫，当时它们成群飞舞的景象引起了她的兴趣。然而，这种原产于亚洲的昆虫自2014年在宾夕法尼亚州首次大规模爆发以来，已迅速蔓延至全美17个州。它们以吸食植物汁液为生，排泄的蜜露不仅阻碍植物光合作用，还引发黑霉病，严重威胁果园、葡萄园与森林生态。

现有的防治方法如杀虫剂和粘虫胶带，虽有一定效果，却会对蜜蜂、鸟类及其他非目标生物造成伤害。Selina表示：“随着年龄增长，我越来越希望提出一种既具针对性又环保的解决途径。”

Selina的发明“ArTreeficial”是一棵以太阳能驱动、具备自我清洁功能的人工智能树型装置，其核心机制结合了引诱、识别与电击清除。她从国际象棋棋盘和音乐游戏《热舞革命》（Dance Dance Revolution）中汲取设计灵感，将害虫防治转化为一场“精准的电击之舞”。

该装置以臭椿树（Ailanthus altissima，又称天堂树）提取物作为引诱剂——这是斑点灯笼蜓最偏好的树种。通过超声波散发香气，吸引昆虫靠近。关键创新在于其双层电网结构与AI识别系统的配合：外层为大孔防护网，内层为带电细网。当斑灯笼蜓穿过外层并接触内网时，AI系统通过机器学习识别其形态，触发局部电流，实现精准灭杀。

数百次实地观察与AI训练

为了更准确理解目标昆虫的行为，Selina花费数周进行野外观察，记录了斑点灯笼蜓在不同生长阶段的移动模式、聚集偏好与肢体动作。她拍摄并建立了包含500余张图像的自有数据库，用于训练AI模型，使其能够区分斑灯笼蜓与其他昆虫。

“好的AI模型离不开高质量、多样化的数据。我不想只依赖网络图片，因为它们往往只突出来自特定角度或成虫阶段的特征，”她解释道。

在初期设计中，电网的安全性与目标识别的准确性是两大挑战。Selina通过添加外层防护网解决了误触风险，又借助对昆虫步态的研究——斑点灯笼蜓常以“优雅的大步移动”，并在降落前摆动腿部——优化了电网间距与触发逻辑。她使用橡胶管固定双层网之间的距离，既防止短路，也确保昆虫能接触内网完成电路。

荣获顶尖科学竞赛奖项

凭借这一项目，Selina成功入选2024年“再生元科学人才选拔赛”（Regeneron Science Talent Search）全国40强，并在最终评选中获得第八名。该竞赛是美国历史最悠久、最具声望的高中生科学竞赛，本届吸引了逾2100个项目参赛。

科学协会主席兼CEO Maya Ajmera评价道：“Selina的项目融合了人工智能、化学、环境科学与工程学，真正体现了跨学科研究的力量。她不仅提出了理论，更做出了可实地应用的发明。”

除了在科学研究中表现出卓越能力，Selina还是一名获奖小提琴手，曾于卡内基音乐厅独奏，并担任学校科学碗团队队长。她甚至将斑灯笼蜓转化为漫画角色，通过艺术提高公众对这一物种的认知。“它所到之处，都在传播灾难。我希望通过创意媒介让人们更了解其危害。”

目前，每台ArTreeficial的成本约为200美元。Selina已开始与本地农民对话，希望借助规模化生产及企业合作进一步降低成本。她计划部署多台装置并构建“ArTreeficial森林网络”（ArTreeForest），以扩大防治覆盖范围。

宾夕法尼亚州立大学斑灯笼蜓专家Julie Urban博士认为该项发明“极具创新性”，并建议将其AI识别系统拓展至其他作物环境（如葡萄园）进行测试。不过她也指出，斑灯笼蜓行为难以预测，且目前尚无万能诱饵，这是整个领域面临的挑战。

接下来，Selina计划分析死亡斑灯笼蜓的体液成分以优化引诱剂，并进行野外实效测试。长远来看，她希望将这一系统推广至其他入侵物种的防治中。

目前Selina已进入大学，攻读生物学与计算机科学双领域。她期待继续探索AI在生物保护中的应用：“我想证明，人工智慧可以作为保护自然资源的强大工具——这是我们这一代人的责任。”