項目編號：UGC/IDS(C)11/E01/24
項目名稱：使用三胞胎數位人工智慧和物聯網對建築塔式起重機進行動態穩定性監測及控制（方大 /都大、高科院）
摘要
我們提出一種新的數位三重 AI 方法論，用於監測複雜結構的生命週期，以建築塔吊為例。生命週期包括老化、損壞和疲勞等行為，而一般的數位雙胞胎並未考慮這些因素。為了生成大量的實際塔吊損壞和老化的歷史數據以訓練 AI 模型，這在可行性和成本上都是不切實際的。數位模擬是理想的，但難以驗證模擬數據是否足夠真實。我們提出了塔吊的數位雙胞胎和原型的數位雙胞胎，作為數位三重模型：塔吊、原型和數位模型。我們通過無人機激光雷達收集塔吊的幾何形狀和材料等物理數據，建立數位有限元素模型（FEM），以獲得其側向、擺動和扭轉模式的基本頻率。根據動態相似原則，我們建立一些 1:50 比例的物理原型，使塔吊和原型具有相似的基本頻率、長度比例、時間比例和力比例（質量比例）。數位塔吊縮小以建立數位原型。老化、損壞和疲勞的運行生命週期因素被引入到原型雙胞胎中。一旦原型雙胞胎經過驗證，我們根據基礎（螺栓和焊接）、框架（彎曲和斷裂成員）、負載（超載和擺動）以及吊臂（擺動）在駕駛艙的加速度計時間歷史數據模擬損壞數據來訓練 AI。時間歷史包含比頻率更多的信息。時間歷史將通過小波變換進行壓縮，以進行類似於人類心電圖（ECG）信號的 AI 訓練。僅使用 ECG，人們可以分類各種心臟疾病。在 AI 訓練和驗證後，僅根據加速度計信號，就可以確定與原型特徵相關的老化和穩定性。利用動態相似原則，我們將 AI 擴展到物理塔吊。我們考慮了兩種 AI 模型：準靜態 AI 模型和動態 AI 模型。主要區別在於特徵提取；前者涉及計算統計措施、變量轉換或應用特定領域的知識來推導相關特徵，後者依賴數學工具，例如在非平穩時間序列上進行小波散射，並使用擴散表隔離特徵等。由於已確定塔吊的自然頻率，我們將設計一種可變剛度調諧質量阻尼器，使用由線性馬達和可變長度的杆組成的步進驅動器來減少振動。振動控制是為了延長結構的壽命。一旦建立，此方法論可應用於其他工程結構。因此，本提案旨在建立一種新的方法論，可用於為許多其他類型的結構構建老化 AI 模型，以實現短期和長期的研究和影響。我們將考慮通訊和結果傳播的措施、甘特圖和知識產權。強調研究和教育的預期科學影響。該項目擁有政府和行業合作夥伴。
項目編號：UGC/IDS(C)16/P01/24
項目名稱：廢水中抗生素的檢測和降解器 - ScreenBiotics（都大）
摘要
由於抗生素的濫用，由抗生素抗藥性細菌（「超級細菌」）引起的疾病的發生率變得越來越普遍。超級細菌正成為全球威脅。自2014年以來，2013年至2017年間，抗藥性血流感染數量增加了35%。發展中國家尤其是孟加拉、緬甸、越南和泰國的情況令人擔憂。2019年中國估計有130萬人因感染死亡，佔死亡總數的12.1%。與AMR相關的死亡人數排名前三名的是碳青黴烯類抗藥性鮑曼不動桿菌（18,143例）、抗甲氧西林金黃色葡萄球菌（16,933例）和第三代頭孢菌素抗藥性性大腸桿菌（8,032例）。在香港，當地公立醫院過去幾年報告耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）呈上升趨勢。此外，從2020年到2021年，安老院舍中發現的產生碳青黴烯酶的腸桿菌科細菌(CPE)病例數量急劇增加兩倍。所有上述問題有立即解決的必要性。傳統污水處理廠處理抗生素的能力有限，這也使其成為地表水中抗生素的重要來源。香港的情況也是如此，據觀察，接收污水處理廠廢水的水域的抗生素濃度普遍較高。目前，抗生素的檢測需要使用液相層析-質譜（LC-MS）系統。然而，這些系統無法實現在開放環境下進行現場大規模篩檢以進行即時監控。因此，迫切需要替代的篩檢方法來即時識別現場是否存在抗生素，但目前尚不可用。考慮到這一點，本提案的目的是進行高級研究，開發可轉化技術，用於檢測和降解抗生素的具有成本效益的便攜式系統。探索便攜式現場檢測平台可以為廢水中高效可靠的抗生素檢測鋪路，從而保障公眾健康並促進安全的海洋環境。開發一種經濟高效的便攜式廢水中抗生素檢測系統需要滿足各種技術要求。其中包括實現低檢測極限以符合監管標準，確保卓越的特異性以區分抗生素和複雜的廢水，以及遵守國際準則。在這方面，我們將實施電分子印跡聚合物（E-MIP），這是一種合成材料，旨在表現出對特定目標分子的分子識別特性，從而提供檢測的靈敏度和特異性。在降解方面，已採用多種方法從水中去除抗生素，包括吸附、高級氧化過程、生物處理和光催化降解。其中，光催化降解被認為是減少或消除環境中抗生素的有效方法，而太陽能則使其成為一種廉價、綠色且永續的解決方案。在這裡，我們將利用積層製造技術來生產用於降解抗生素的光催化膜。簡而言之，該計畫旨在開發具有成本效益的便攜式系統來檢測和降解廢水中的抗生素，解決抗生素抗藥性細菌的流行問題。它探索了用於靈敏檢測的 E-MIP，並研究了光催化降解作為從水中去除抗生素的可持續解決方案。