В 12 лет школьница решила вылечить астму у папы и брата и стала изобретателем. Ее именем назвали астероид
Хотела вылечить астму у папы и брата
Наоми родилась в семье успешных предпринимателей, переехавших из Индии в США, в штат Орегон. Пракаш и Сонал Шах основали в Орегоне собственную IT-компанию Northwest Software Inc. (NSI), которая занималась консалтингом и внедрением современных технологических решений в различные бизнес-структуры. Спустя четыре года после Наоми появился на свет ее младший брат, Ним Шах.
В семье было принято обсуждать рабочие вопросы во время совместных ужинов и не скрывать от младших членов семьи реалии деловой взрослой жизни, чтобы они чаще задумывались о будущем и своем месте в мире.
— Мне хотелось бы, чтобы от моего ответа на вопрос «где ты работаешь» у людей загорались глаза: «О, так это ты делаешь ту классную вещь?», — вспоминала Наоми.
Когда Наоми перешла из младшей школы в среднюю, у ее брата Нима начались проблемы со здоровьем. Он унаследовал от отца аллергическую астму.
Отец и брат девочки принимали по рецептам гормональные препараты. Ним начал резко набирать вес, предположительно, в связи с лекарствами. Это его расстроило: мальчик любил подвижные игры, а теперь ему стало тяжелее участвовать в них.
Девочка заметила, что папа и брат не перестают задыхаться, даже когда сезон цветения проходит. Поговорив с доктором после приема Нима, она узнала, что аллергены — это не только пыльца, но и домашняя пыль, и микрочастицы различных веществ, которые здоровые люди могут даже не замечать. Ей захотелось что-нибудь сделать, чтобы помочь отцу и брату.
Наоми, вооружившись читательским билетом в публичную библиотеку, абонементом в Орегонский музей и внушительным списком сайтов, посвященных здравоохранению, начала свое исследование. Она обнаружила, что воздух внутри помещений, как правило, в среднем более тяжело переносится астматиками, чем уличный, несмотря на то, что, казалось бы, стены дома должны защищать в том числе и от загазованности, посторонних запахов и пыли.
Школьница построила в гараже специальную закрытую камеру, чтобы изучать, как различные виды ковров и напольных покрытий удерживают или выбрасывают мелкодисперсную пыль. Затем перешла на изучение другого мебельного текстиля, мебельных материалов и предметов домашнего обихода.
— Врачи слишком часто выписывают астматикам новые дозы стероидов вместо того, чтобы посоветовать очистку воздуха в их собственной спальне, — утверждала позже Шах.
Она выяснила, что воздух внутри помещений часто загрязнен в 2–5 раз сильнее, чем воздух на улице. Наоми протестировала десятки бытовых фильтров, чтобы узнать, какие из них лучше справляются со своей задачей. Самыми неэффективными оказались стандартные стекловолоконные фильтры грубой очистки — салонные или стандартные плоские фильтры для домашних печей и кондиционеров.
С этим исследованием 12-летняя школьница в 2007 году отправилась на свою первую научную ярмарку — Discovery Channel Young Scientist Challenge. Там она вошла в топ-30 финалистов и выиграла научно-познавательную поездку в Вашингтон.
Создала фильтр для дома за 25 долларов
Диплом от Discovery Channel порадовал девочку, но проблему астмы у родственников не решил. Наоми продолжила идти к своей цели: используя полученные данные, затеяла новый проект.
Ни один из протестированных ей бытовых фильтров не удовлетворил ее, поэтому она решила создать свой, инновационный. Он должен был недорого стоить, собираться из подручных средств в гараже и быть технологически настолько простым, чтобы она могла собрать его в одиночку.
Главная идея Наоми заключалась в том, что воздух надо очищать на молекулярном уровне. В поисках решения она наткнулась на исследование НАСА 1989 года (NASA Clean Air Study), посвященное очистке воздуха на космических станциях. Из этого отчета Наоми узнала, что комнатные растения поглощают летучие вредоносные соединения не столько своими листьями, сколько микроорганизмами и бактериями, живущими в их ризосфере — узкой зоне почвы, прилегающей к корням. НАСА доказало, что эти бактерии способны генетически адаптироваться и буквально «поедать» токсины, расщепляя их на безопасные элементы.
Для создания своего фильтра Наоми купила обычные, доступные каждому комнатные растения — нефролепис (бостонский папоротник) и хризалидокарпус (пальма Арека). Ризосферные бактерии, такие как штаммы Pseudomonas, Bacillus и другие, изначально живут на корнях этих растений в симбиозе с ними. Наоми извлекла растения из земли, очистила корни; затем создала в своем биофильтре оптимальную органическую среду и начала принудительно прогонять через фильтр воздух с микродозами токсинов.
В таких условиях обычные бактерии, не способные расщеплять химикаты, погибали, а те микроорганизмы, которые могли использовать летучие соединения в качестве источника углерода для питания, выживали и стремительно размножались. В качестве фильтрующего материала, в котором жили бактерии, школьница применила натуральный торф, мульчу и кокосовую койру.
Себестоимость фильтра вышла небольшой — всего 25 долларов США. При этом мини-блок, созданный Наоми, легко монтировался в обычные вентиляционные системы домов, подобных тому, в котором жила ее семья. Он устранял до 50% летучих органических соединений.
Установка фильтров в доме улучшила жизнь Пракаша и Нима Шах.
Биофильтр Шах занял 1-е место на Northwest Science and Engineering Fair. Наоми в 2010 году получила грант на доработку своего изобретения в размере 1000 долларов на новый конкурс, National Junior Science and Humanities Symposium, где она впоследствии заняла 3-е место в США и выиграла стипендию в размере 4000 долларов.
Связала медицину и математику в новом изобретении
Воздух в доме стал чище, но аллергическая астма у отца и брата девочки полностью не исчезла, и даже дома у них все еще случались приступы. Наоми поняла, что у каждого человека есть свой индивидуальный порог чувствительности к аллергенам. Она решила попробовать связать экологию с медициной с помощью математики.
В 2011 году состоялась первая в мире международная научная ярмарка Google. На ней Наоми, которая в то время уже училась в старших классах, представила первую в своем роде прогностическую математическую модель, связывающую точную концентрацию газов в комнате с физическим объемом выдоха человека. Она собрала данные 103 волонтеров-астматиков (включая показатели приборов для определения скорости выдоха пикфлоуметров) и применила множественный линейный регрессионный анализ. Модель позволяла врачам выписывать «экологические рецепты» (например, убрать ковер для снижения формальдегида на 20%), возвращая легким безопасное существование без увеличения доз гормональных лекарств.
— Мы привыкли думать, что наш дом — это крепость, защищающая нас от грязного уличного смога. Но моя математическая модель показывает обратное: главные враги легких часто заперты вместе с нами в четырех стенах, — говорила она на защите своего проекта.
На Google Science Fair Наоми заняла 1-е место в своей возрастной категории.
В 2013 году Наоми на ярмарке Intel продемонстрировала свою математическую модель, превращенную в полноценный компьютерный софт — программу для контроля чистоты воздуха в доме, с помощью которой можно было самостоятельно рассчитывать медицинские риски на основе загруженных данных датчиков.
Наоми получила 5 000 долларов напрямую от корпорации Intel за победу, дополнительный грант в размере 3000 долларов от благотворительного фонда Intel Foundation. Кроме того, ее родной школе достался целевой грант на поддержку грядущих молодых талантов в размере 1000 долларов.
По давней традиции конкурса, лаборатория Линкольна при Массачусетском технологическом институте (MIT) за высшие успехи на Intel ISEF назвала в честь Наоми Шах малый астероид 26457 Naomishah, занеся ее имя в официальный каталог Международного астрономического союза.
Стала не врачом, а инженером
Призовые деньги Наоми потратила на учебу в вузе, отправившись в Стэнфорд. Она была намерена заниматься медициной, стать либо хирургом, либо пульмонологом. И после ее проектов, посвященных здравоохранению, все прочили ей карьеру медика. Но реалии медицины заставили ее пересмотреть решение.
Запатентовать любое изобретение в этой сфере оказалось в разы труднее, чем в любой другой, даже если речь идет о компьютерной программе. Несмотря на то, что заявка на патент была подана еще в выпускном классе, а жюри ярмарки Intel отмечали высокий патентный потенциал ее программного обеспечения, он так и не был реализован.
— Я поступала в Стэнфорд с твердым намерением стать хирургом, а ушла оттуда с дипломом инженера-механика, — с улыбкой рассказывала Наоми.
На первом курсе Наоми, выбирая инженерные предметы для расширения кругозора, записалась на вводный класс по машиностроению. Стэнфорд знаменит своей школой дизайна, которая учит создавать реальные продукты, ориентируясь на потребности человека. Этот курс так очаровал ее, что начиная со второго курса она радикально изменила вектор развития, перейдя на инженерный факультет. В итоге она получила диплом по машиностроению с дополнительной специализацией в сфере биологии человека и писательском искусстве.
Источники: medium, forbes, billionsuccess, oregonlive, good, pcc, researchgate, depts, popsci, societyforscience, usv, carta, snexplores, societyforscience, fastcompany, ted