爱达荷大学科达伦分校的计算机科学学生Leif Huender证明，现实世界的发现并不只属于资深学者。他的本科研究揭示了空气传播的真菌疾病如何通过天气模式传播，并开创性地使用人工智能进行疫情预测。
随着全球野火的加剧，研究人员正在以新的方式探索火灾的行为及其对健康的影响。Huender是一名第一代大学生，同时在爱达荷大学科达伦分校和北爱达荷学院注册学习，他参与了一个团队，该团队正在开发使用长短期记忆模型（LSTM）的方法来预测由野火烟雾引起的疾病爆发。
LSTM模型是一种能够记住重要信息并忘记无关细节的人工智能，因此它们在预测序列中的下一步内容方面表现出色，如文本或天气模式。
“使用LSTM模型，我们在预测未来结果方面取得了重大进展，”Huender说。“这些模型在识别随时间变化的复杂模式方面非常出色，即使数据有限。”
预测谷热病
谷热病是一种在加利福尼亚州和亚利桑那州干旱地区常见的真菌疾病，长期以来一直与天气模式有关，但预测疫情一直是一个挑战。Huender的本科研究探索了使用新的人工智能方法来预测谷热病爆发。
通过INBRE奖学金与智能工业机器人中心副主任兼校友Mary Everett合作，Huender开发了利用有限天气数据预测微气候农业产出的人工智能方法。他在2024年7月的国际精准农业学会上展示了这项工作。
“我意识到我们用来预测作物产量的技术也可以应用于预测疾病爆发，”Huender说。“这两个问题都涉及分析复杂的环境数据以进行实际预测。用于农业的LSTM模型同样适用于基于气候条件预测谷热病爆发。”
2024年秋季，Huender扩展了这项研究，分析了加州48个县二十年来的气象数据。他调整了数百个人工智能模型，使其预测结果显著优于传统的统计方法，后者无法检测到数据中的复杂模式和关联。结果是对复杂的时间相关问题的预测更加准确。
“我们不仅将预测准确性提高了38%，还首次将这种人工智能架构应用于流行病学研究，”Huender说。“据我所知，我们的研究是首次将扩展LSTM模型应用于谷热病预测。这为公共卫生规划和疾病预防打开了新的大门。”
这项关于谷热病的研究最近被《生物医学信息学杂志》接受发表，这是一个Huender称之为验证性的里程碑。
“在课堂上学到机器学习技术是一回事，但将其应用于解决实际问题并在科学界得到认可则是另一回事，”Huender说。“作为本科生被发表并参加国际会议，证实了有意义的科学贡献可以来自任何地方。”
Huender的工作是爱达荷大学正在进行的谷热病研究的一部分。野生火灾科学教授Leda Kobziar是研究烟雾如何传输微生物和颗粒物的新领域——火气生物学的先驱，她研究了包括导致谷热病的真菌孢子在内的微生物和颗粒物。Kobziar在连接计算机科学研究团队与数据集资源和合作者方面发挥了重要作用，Everett说。
“Kobziar博士的研究实际上是这个项目的起点，跨学科合作使Leif的工作成为可能，”她说。“没有领域专家，计算机科学的结果无法解释，因此这种合作关系对于理解问题并得出准确结果至关重要。”
改变游戏规则
Huender的研究机会对他个人来说也是改变游戏规则的。由于学术和个人原因辍学后，他在建筑行业工作了几年，然后于2021年申请进入北爱达荷学院。在那里，他被选入桥梁到学士学位项目，该项目识别有研究潜力的学生并为他们提供导师。
通过该项目，他遇到了计算机科学教授John Shovic，他是位于科达伦的智能工业机器人中心主任。Shovic立即看到了Huender的潜力。
“我的热情肯定很明显，因为他在我正式开始工作前几周就让我开始了实验室工作，”Huender说。
Shovic表示，Huender的经历突显了当学生抓住面前的机会时所能实现的可能性。
“Leif最突出的是他对项目的热情，”Shovic说。“他带着如此多的想法进来，以至于很难跟上他。他在本科研究和出版物方面的成功展示了热情与机会相结合所带来的影响。”
积极的发现
Huender并没有放慢脚步。他的爱达荷大学科达伦分校团队正在撰写第三篇研究论文，旨在构建一个全面的数据集，用于谷热病研究，这是同类中的第一个。
“这个数据集是专门为复杂的机器学习建模设计的，”Huender说。“在我们下一次发表时发布它将为研究人员提供高质量的数据，供他们进行自己的调查。这可能会显著加速对该疾病的理解和预测。”
对Huender来说，本科研究将他的教育从被动学习转变为积极发现。他在爱达荷大学科达伦分校的经历让他接触到了新的机器学习技术、教师指导以及科学出版的过程。
“这段经历帮助我了解了研究工作的日常现实：挑战、迭代、科学的协作性质，”Huender说。“这些见解无法在传统课堂环境中获得。最重要的是，它帮助我发现了应用计算方法解决复杂现实问题的热情。”
他并不陌生于解决实际问题。Huender和他的同学Andrea Knauff共同创立了非营利组织Disseminate，致力于为农村学生提供连接技术、教育资源和社区支持，这些是Huender年轻时缺乏的，以帮助他们在学术上成长和繁荣。
Huender和Knauff提供了新的和翻新的电脑，建立了社区网络，为弱势学生提供可靠且负担得起的互联网，并通过USB驱动器向没有互联网连接的学生分发学习资源。通过Disseminate，一个农村家庭收到了一台高性能电脑，这台电脑是由Huender修复并加载了教科书、电子书和视频课程，供家庭在没有互联网的情况下使用。
“虽然我的研究可能会激励一些学生，但Disseminate通过打开知识的数字门户，创造了立竿见影的影响，”Huender说。“我们确保好奇心不受地理或经济状况的限制，我认为这是教育公平的基本要素。”
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