파이퍼 존슨, 바다 안전 문제 해결에 나서다

리치몬드 디스트릭트에서 자란 파이퍼 존슨은 가족과 애완견 테디와 함께 해변에서 수영하고 서핑하는 것을 즐겼다. 현재 세인트 하트 대성당 고등학교 3학년에 재학 중인 그녀는 여전히 해변을 사랑하지만, 2월의 폭풍이 도시를 강타했을 때는 전혀 다른 시각으로 해변을 바라보게 되었다.

존슨은 악취를 기억하고 있다. 폭우와 함께 하수와 빗물 오염물이 바다로 흘러들어갔던 것이다.

“서핑하는 친구들이 많은데, 그들은 수영을 하지 못했어요. 사람들이 나가서 물에 세균이 많아 아팠어요,”라고 존슨은 회상했다.

존슨은 아이디어를 떠올렸고, 그녀는 이를 실행할 수 있는 좋은 환경에 있었다. 그녀는 과학, 기술, 공학, 수학을 강조하는 고등학교의 4년 STEM 프로그램에 참여하고 있다. 이 프로그램은 학생들이 실제 문제를 해결할 수 있는 방법을 찾도록 장려한다.

폭풍의 시기는 기계 과학을 프로젝트에 통합하라는 과제와 완벽하게 일치했다. 그녀는 실시간으로 물의 용해 고형물 수준을 감지하는 센서를 개발하기로 결심했다. 이는 사람들을 아프게 만드는 오수의 지표가 된다. 올해 봄, 그녀는 지역 수역에 프로토타입을 출시할 계획이다.

“뭔가 조치를 취해야 한다고 생각했어요. 계속 이렇게 할 수는 없잖아요,”라고 그녀는 말했다.

존슨의 프로젝트는 지역 문제에 대한 해결책을 찾는 강한 지역 사회의 정신을 잘 보여준다. 이는 이번 주말 UCSF 미션 베이에서 열리는 베이 에어리어 과학 축제의 기획자들이 강조하고 싶어하는 부분이기도 하다.

이 과학 축제는 전통적인 과학 박람회는 아니다(푸른 리본이 없다). 그러나 일부 지역 학생들은 30피트 길이의 고래 골격과 로봇 공학, 지진학 시연 중 자신의 프로젝트를 선보일 예정이다. 아마도 다음 파이퍼 존슨을 감명받게 할지도 모른다.

작지만 거대한 아이디어

세인트 하트 대성당의 탐구 및 혁신(또는 i2) 프로그램에 연간 약 25명의 학생이 선발된다. 이 프로그램은 모든 고등학교 연차를 포함한다. 각 학년마다 주제가 정해지는데, 신입생은 기후 변화, 10학년은 인공지능, 11학년은 데이터 분석을 통해 미래의 경향을 예측한다. 12학년 학생들은 모든 학년을 멘토링 하게 된다.

기후 변화, 글로벌 갈등, 경제적 불안정이 계속해서 문제로 남아 있다.

“이 아이들이 우리가 바라보아야 할 이 문제를 해결할 수 있는 세대입니다,”라고 i2 프로그램의 책임자인 다브니 스탠리(Dabney Standley)는 말했다.

존슨은 과학과 수학이 항상 뛰어난 과목이었다고 전했다. 하지만 해양 생물이 그녀의 열정이라고 덧붙였다. 그녀는 집에서 수족관을 운영하며 그 열정을 기르고 있다. 신입생 시절, 그녀는 동료 두 명과 함께 어류와 산호 생태계의 감소에 대해 연구했다. 그녀는 겨울철 내내 쏟아진 비가 오기 전부터 이 주제를 계속 다루고 싶었다.

친구들이 아프고 이웃들이 오션 비치에서 악취를 피하는 것을 목격한 후, 그녀는 물이 안전한지 즉시 감지할 수 있는 방법을 찾고 싶었다.

현재 샌프란시스코의 시스템은 충분히 빠르지 않다. 공공 유틸리티 위원회와 공공 보건부는 세균 수치를 관찰하지만 샘플은 매주 한 번만 채취되고, 결과는 하룻밤에 처리된다. 존슨의 프로토타입은 몇 초 안에 작동한다. 실험실에서는 그렇다.

최근 한 아침, 그녀는 캠퍼스에서 증류수에 담긴 센서를 선보였다.

센서의 수치는 노트북에 표시되었고, 노트북은 근처 자판기에서 몇 달러에 살 수 있는 케이블로 연결되었다. 소금을 컵에 추가했을 때, 수치가 올라가는 것을 볼 수 있었다. 센서의 대부분은 시중에서 판매되는 회로 기판을 기반으로 했다. 코딩이 가장 어려운 부분이다.

여러 센서의 데이터를 동시에 표시하는 방법은 특히 어려웠다고 존슨은 설명했다. 올해 그녀의 목표 중 하나는 대중이 실시간으로 데이터를 읽을 수 있는 온라인 대시보드를 만드는 것이다.

존슨은 도시의 현재 시험에서 결과를 기다리는 긴 시간을 대체할 방법을 찾은 것 같다. 그녀는 세균을 검사하는 대신, 용해 고형물과 흐림, 즉 탁도를 스캔하게 된다.

이들은 오염 수준의 건강하지 않은 수준을 나타내는 데 있어 단서일 뿐이다. 용해 고형물의 양과 물의 흐림은 반드시 유해한 세균을 나타내지는 않는다(예: 대변). 하지만 존슨은 도시가 수집한 역사적 데이터를 센서 데이터와 결합하여 서퍼와 수영자들이 물의 안전성을 평가하는 데 도움을 줄 수 있다고 생각한다.

“물속에 무엇이 있는지 고백할 수 있는 방법은 없습니다. 매초 물을 분석하는 것은 불가능하죠,”라고 존슨은 말했다. “하지만 특히 지역의 날씨와 비교하여 좋은 추정을 제공할 수 있을 것이라고 생각합니다.”

존슨의 센서는 WiFi 기능이 있고, 그녀는 이를 통해 배치될 때 데이터를 원격으로 전송할 수 있기를 희망한다. 그녀는 프로토타입을 바다에서 사용할 수 있도록 방수 부이를 제작할 3D 프린터도 사용할 예정이다.

또한 수질 안전성을 평가하기 위해 회로 기판에 추가할 암모니아 센서를 구매하기 위해 보조금을 신청하고 있다. 존슨은 이 센서를 링컨 웨이와 오션 비치의 빗물 오염 지점 근처에서 테스트할 예정이다.

앞으로 존슨은 수의학에 진학할 계획이다. 그녀의 꿈과 프로젝트는 그녀가 특히 해양 생물에 대한 사랑과 걱정에서 영감을 받았다.

“그들은 매일 이 환경에서 살아야 하거든요. 그들은 물에 들어가지 않을 수 없잖아요,”라고 그녀는 말했다.

조기 시작

존슨은 이번 주말 베이 에어리어 과학 축제에서 자신의 프로젝트를 전시할 예정은 없다. 하지만 다른 지역 학생들은 전시를 할 예정이다. 특정 중학교 팀도 축제에 참가할 예정이다.

축제 참가에 대해 질문하기 위해 더 프리스크는 SF 공립학교 직원 몇 명에게 연락했다. 이들은 응답하지 않거나 학군 대변인을 통해 더 프리스크를 연결했다.

“학생들은 많은 과학 관련 프로젝트와 기회에 연결되어 있으며 UCSF 과학자들과 협력하고 있습니다,”라고 학군 대변인 카트리나 킨케이드(Katrina Kincade)는 이메일을 통해 전했다. (SFUSD 학생들은 2024년 캘리포니아 과학 기준에서 주 평균보다 10% 높게 시험을 통과했다.)

공립 초등학교를 다녔던 존슨은 어렸을 때 주변 자연에 대한 호기심이 많았다고 전했다. 캘리포니아 과학 교육자 협회의 SF 지역 책임자 헤더 와이건트(Heather Wygant)는 이러한 초기 관심이 중요하다고 강조했다.

“일반적으로 K-5 학생들은 과학에 가장 적은 시간을 보냅니다,”라고 그녀는 말했다. “중학교에 들어서면 과학이 정기적으로 가르쳐지지만, 많은 학생들이 K-5 학년에서 개발해야 할 기술이 부족해요.”

SF 교육위원회 의장 필 킴(Phil Kim)은 SFUSD가 이러한 목표를 향해 K-8 핵심 과학 커리큘럼에 투자했다고 언급했다.

“우리는 STEM의 수도입니다. 가능한 한 빨리, 가능한 한 자주 개념을 소개할 수 있다면 우리 학생들에게 큰 도움이 된다는 것입니다,”라고 킴은 인터뷰에서 말했다.

이미지 출처：thefrisc