11-летняя школьница изобрела прибор для очистки воды. И это стало началом ее научной карьеры

Милосердие и игра на пианино

Гитанджали родилась в 2005 году в городе Денвере, штат Колорадо, США, в семье иммигрантов из Индии. Ее родители, Рам и Бхарати Рао, высококвалифицированные IT-специалисты, получившие вид на жительство благодаря профессиональным заслугам. С детства они прививали дочери интерес к окружающему миру, учили ее быть милосердной, сопереживать людям. Никакое знание или умение не «вещь в себе», говорили они ребенку; главная цель — приносить пользу или радость людям.

В три года Гитанджали с мамой отправились в дом престарелых к другу семьи. Девочка увидела, что обстановка там невеселая, и узнала, что для развлечения сюда иногда приглашают музыкантов, чтобы они сыграли на местном рояле. После этого она загорелась идеей научиться играть на этом музыкальном инструменте и год спустя уже выступала в том самом доме престарелых вместе с младшим братом Анирудху, который подыгрывал ей на скрипке. 

Родители придумывали для брата и сестры игры-дискуссии, где дети предлагали идеи, как можно улучшить что-то обычное из их повседневной жизни: магазин или кафе, зоопарк или музей. Так чета Рао развивала в них креативное мышление и умение формулировать мысли. 

— Оглядываясь назад: мы не думали, что это приведет к чему-либо кроме того, что они вырастут любознательными людьми, — признается Бхарати Рао, мать Гитанджали. 

Но именно в этих играх родители узнали, что на самом деле интересно их детям. На четырехлетие дядя Гитанджали подарил девочке набор юного химика, и с тех пор химия фигурировала в каждой игре с идеями. Позже она заинтересовалась дронами и роботами — и они стали появляться в ее детских проектах. 

Готовясь к обучению в средней школе, девочка штудировала пособия по химии и физике, исследуя их применение в реальной жизни. Особенно заинтересовали ее углеродные нанотрубки — соединения, используемые в огромном количестве областей: промышленности, медицине, передовых научных исследованиях и защите окружающей среды.

Забота о здоровье и свинец в воде

В 2014 году Гитанджали из вечерних новостей по телевизору узнала о водном кризисе в штате Мичиган. В городе Флинт после смены источника водоснабжения обнаружилось, что в новой воде слишком много свинца, а это опасно для здоровья. Среди причин кризиса, продолжавшегося с 2014 по 2019 год, называли сложность и высокую стоимость экспертизы качества воды. Результатом халатности стало ухудшение здоровья населения, от кожных болезней до серьезных повреждений мозга у детей. 

Обсуждение этой новости в рамках семейного вечера превратилось в идею, которую девочка воплотила в жизнь. Так появился Tethys — прибор, определяющий количество свинца в воде и отправляющий в специальное приложение три варианта результатов проб: «чисто», «легкое загрязнение» и «критическое загрязнение».  Он был назван в честь греческой богини Тетис, покровительницы чистой воды. 

Рао решила принять участие в конкурсе молодых ученых Discovery Education 3M Young Scientist Challenge, о котором она узнала на занятиях в продвинутом классе 4-H STEM Fun в школе Стокдейла. Кандидатам нужно было снять короткое видео с описанием изобретения, влияющего на повседневную проблему, напрямую затрагивающую их самих, их семьи, их сообщества или весь мир.

Рао записала видео и начала делать прототип Tethys. Каркас она сделала из картона, а программирование микроконтроллера Arduino она освоила по онлайн-урокам. Пока она думала, где найти углеродные нанотрубки, ей позвонили и сообщили, что она вышла в финал конкурса, и сможет собрать свой прибор под руководством доктора Кэтлин Шафер, научного сотрудника из корпоративной лаборатории исследовательских материалов 3M. 

Куратор подсказала, где можно приобрести специальные нанотрубки, легированные хлоридом. Прибор не просто оказался рабочим — за него Гитанджали была удостоена звания «Лучший молодой ученый Америки 2017», получила премию в размере 25 000 долларов США и патент на собственное изобретение. Кстати, если внести некоторые изменения в схему детектора, то метод Гитанджали позволяет обнаружить не только свинец, но и некоторые другие вредные примеси. 

Социальная ответственность и диагностический аппарат

Воодушевленная уроками, полученными в дни подготовки к конкурсу, Рао взялась за новые исследования. Узнав о друге семьи, который пристрастился к рецептурным обезболивающим после автомобильной аварии, Рао погрузилась в изучение зависимости.

Девочка столкнулась с социальной дилеммой: нельзя запретить обезболивающие опиоиды во всем мире, но при сохранении текущей ситуации каждый пациент играет в рулетку, где ему может выпасть зависимость просто из-за предрасположенности к ней.

Гитанджали обнаружила, что мутации в гене опиоидного рецептора могут повышать чувствительность людей к обезболивающим. Более того, та же полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая теперь широко известна во всем мире благодаря ПЦР-тестам на COVID-19, могла обнаружить эту мутацию. Узнав это, она задумала собрать портативный гаджет, который можно было бы использовать в том числе и в домашних условиях, чтобы определить вероятность развития зависимости. 

Чтобы воплотить идею в жизнь, ей снова потребовался куратор-эксперт по медицине и генетике; собственных знаний восьмиклассницы было недостаточно. К счастью, звание лучшего молодого ученого Америки открывало многие двери. Так Рао познакомилась с доктором Майклом МакМюрреем, профессором кафедры клеточной и онтогенетической биологии Медицинской школы Университета Колорадо.

— Я помню, как впервые встретил Гитанджали и был поражен тем, как быстро она схватывала информацию, пока мы говорили о ПЦР, — вспоминал МакМюррей.

Девочка самостоятельно подготовила запрограммированный спектрофотометр, напечатанный на 3D-принтере. Прототип включал иммуно абсорбирующий тестовый элемент, который при подключении к приложению в смартфоне позволяет пользователю диагностировать опиоидную зависимость на ранней стадии.  Устройство работало по принципу фотографирования образца после реакции и сравнения его с изображениями в приложении.

Новое устройство было названо Epione, в честь еще одной греческой богини — жены бога Асклепия, облегчительницы боли. Запуск прибора был приостановлен из-за пандемии, но в 2021 году Рао удалось получить свой второй патент на изобретение. 

Личная история успеха и детектор сетевой травли

Гитанджали трижды выступала на конференциях TEDx. Она провела более 200 лекций и семинаров о внедрении новых технологий для школьников в более чем 40 странах мира. После того, как в 2018 году Рао был удостоена премии президента Агентства по охране окружающей среды США «За экологическую деятельность» для молодежи, она стала и постоянным гостем экологических конференций.

В 2019 году девушка вошла в список Forbes «30 Under 30» в категории «Наука». В мае 2019 года она была удостоена премии Top Health Pillar Prize в рамках студенческого конкурса инноваций TCS Ignite за разработку Epione. 

В 2020 году она вступила в движение скаутов и была зачислена в подразделение STEM-скаутов США. В тот же год она стала «Ребенком года» по версии журнала Time, попала на его обложку и дала интервью Анджелине Джоли как корреспонденту издания. 

В 2021 году была издана книга Рао «Руководство для молодых изобретателей по STEM».

Гитанджали активно ведет соцсети; ей часто пишут в сети, в том числе и негативные сообщения. Исследуя собственное отношение к онлайн-общению, она осталась верна себе, и не просто рефлексировала, а создала онлайн-сервис Kindly, способствующий борьбе с кибербуллингом. 

По мнению Гитанджали, активные пользователи соцсетей, особенно подростки, часто в разгар дискуссии не думают о том, что могут сгоряча наговорить того, за что потом будет стыдно. Kindly — беспристрастный помощник, помогающий вести беседы корректно.

В 2025 году Рао получила медаль имени Стивена Хокинга на фестивале Starmus за популяризацию науки. Ей недавно исполнилось 20 лет; она учится на третьем курсе Массачусетского технологического института. Среди ее новых открытий есть молекула для обнаружения болезни Альцгеймера, робот-водосберегатель, который поливает клумбы и газоны экономнее, чем любые другие системы автополива, и биоразлагаемый материал-абсорбент из кожуры граната и апельсиновых корок для ликвидации нефтяных разливов.  

Источники: globalindian, indianexpress, gitanjalirao, news.mit.edu, kalkionline, forbes, theguardian, kids.guinnessworldrecords