主題1：利用人工智能應對逼切的醫療挑戰
項目名稱：研發用於微創介入式治療的人工智能輔助微型機械人平台
項目統籌者：張立教授（中大）
摘要
對於人體內的醫療應用，微型機械人展現出了很好的前景。得益於其微小的尺寸，微型機械人很適合在狹小和曲折的腔體環境中進行主動、定向的醫療任務，而這些環境對於傳統的醫療工具來說是難以到達的。然而，要實現體內應用，還有數個較大的挑戰需要克服，包括在動態生理環境中的性能表現、成像、控制，以及適度的自主性。除此以外，人工智能和微納機械人結合的研究可以為加速微納機械人的醫療轉化，和為構建下一代微創介入治療平台提供新的可能性。本跨學科項目致力於將人工智能應用於微納機械人來實現微創介入治療，我們將會解決以下幾個核心挑戰：(1)如何把深度學習演算法引入即時、自我調整的可重構微納機械人集群的規劃和控制，來承擔生理環境中的醫療任務；(2)如何實施基於人工智能的演算法來處理含雜訊的原始回饋圖像，並且優化微機械人集群的控制性能來抵抗生理環境的干擾；(3)如何模擬人體的生理參數，來進行術前的治療評估和臨床訓練。為了解決這些挑戰，我們的團隊包含了工程和醫學領域的專家，將會合作來完成並交付以下成果：(1)一個集成了深度學習的人工智能控制策略，來進行生理環境中的微機械人集群的環境適應性形態控制；(2)一個人體尺度的磁驅動系統，該系統集成了即時成像工具，來進行穩定的體內追蹤和微機械人集群的遠程遙控；(3)一個基於人工智能的控制策略，用以在生理環境中自主化和智能化地對微機械人集群進行有自適應性的導航；(4)一個微納機械人互動式虛擬手術平台(μbot-IVSP)來模擬人體環境，進行術前微機械人治療評估，和遠端操控的練習。我們的項目是基於研究團隊的長期密切合作，將會為該領域提供重要的新資料及參考標準。該聯合項目所產出的先進技術以及成果將會為香港做出深遠的貢獻，尤其是在新興的人工智能及微創醫療用微型機械人領域。
主題1：利用人工智能應對逼切的醫療挑戰
項目名稱：一體化的人工智能、基因組學和生物醫學新技術在精神疾病的客觀診斷、個體化治療及病因解析中的應用
項目統籌者：章偉雄教授（理大）
摘要
重性精神疾病(Major Psychiatric Disorders)，包括重性抑鬱障礙、精神分裂症和雙相障礙等，在全球範圍內對人們的健康和社會經濟帶來了重大影響。目前，香港的重性精神疾病患病率高達13.3%，遠超過癌症等其他疾病。文化和社會經濟因素使得青少年和老年人更易患此類疾病。值得注意的是，近期香港社會的大規模動盪以及COVID-19的封鎖，進一步加劇了精神疾病的負擔。然而，長期以來，精神疾病治療的效果卻一直未能滿足患者的需求。統計數據顯示，只有不到40%的病患能夠通過初期治療有效控制症狀。這種不如人意的臨床結果，主要源於精神疾病的診斷依賴於主觀認知和行為指標。當這些指標應用於有相似或重疊症狀的患者時，目前的診斷，特別是早期診斷，其準確性和確定性便顯得相當有限。
為了推動精神健康領域的創新發展，我們提出將重性精神疾病的診療模式從基於症狀的方式轉向基於人工智能(AI)及數據驅動的方式，從而實現個體化精準治療的範式轉變。通過整合人工智能、基因組學和生物醫學技術，我們將開發一個可解釋的AI輔助治療規劃系統，以提供精準的診斷和個體化的神經調控物理治療，從而為抑鬱症等精神疾病提供更有效的治療方案。
本研究計劃將集中在三個關鍵領域。首先，我們將專注於發現與重性精神疾病相關的基因變異和腦功能影像特徵，並利用它們對重性精神疾病進行重新分型。尋找與複雜性疾病（如重性精神疾病）相關的基因標誌物在遺傳學和藥理學中一直是一項懸而未決的挑戰，其主要困難源於複雜性疾病中多個基因之間難以發現和檢測的相互作用。我們計劃通過構建複雜基因相互作用網絡和識別網絡中的模塊來應對這個挑戰。其次，我們將研究外部環境刺激對精神疾病發病機制以及遺傳性的影響。我們將使用齧齒動物模型，研究應激引起的表觀遺傳變化、非編碼轉錄本，以及免疫系統的調節作用。我們將通過跨物種研究和分子生物學實驗，探索臨床普遍採用的重複經頭磁刺激(Repeated Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS)治療的分子機理，以深化對疾病機制的理解，並驗證我們重新定義的疾病亞型的有效性。最後，我們將應用新的多基因標誌物和腦功能影像特徵，以及新獲得的疾病機制知識，來建立更可靠的診斷方法和指導個體化治療，從而提升精神疾病治療的效果。本項目開發的新技術和人工智能輔助治療規劃系統可以擴展應用於癌症等其他重大疾病。作為跨學科的合作研究，本項目將提供協作和多學科研究環境，培養具有跨學科研究能力的新一代科研人才。
主題2：致力推動在2050年前實現碳中和
項目名稱：香港建築物減碳技術與方案：研發、評估與實施
項目統籌者：孫慶平教授（科大）
摘要
建築物是香港碳排放的最重要來源，它消耗了整個城市90%的電力和排放了60%的碳。因此，爲了實現2050年香港的碳中和目標，香港建築物的減碳是勢在必行的。香港建築物的能耗和碳排放主要來至於其終生服役過程中的電力運營能耗和排放，如通過使用製冷設備、空調和通風等。建築物減碳需要整個社會各界的努力，特別是新減碳技術的選項以及最終把它們研發成可靠和經濟的技術產品在香港大範圍推廣。遺憾的是，目前香港政府的氣候行動計劃裏，對於採用什麼樣的新技術以及如何在政府制定的政策和規範下將其全面推廣依然是不清楚的。 本研究項目集中於實現下面兩個目標：
1. 根據其功效和可行性，物色和開發有前途的新技術，實現最大限度地節能減排，並用於香港現有的和新的建築，並在2050年之前大幅減少運營能耗和排放，以實現碳中。
2. 將開發的創新技術與建築行業的凈零政策和法規相結合，為香港政府提供可行的實施路線圖。實現從實驗室規模的原型到實際規模的示範單位，最終到城市規模的全面實施。
我們組成了一支由科大／理大／城大在環境、機械工程、材料科學和工程、城市規劃及公共政策方面的高水平專家組成的團隊，與香港環境保護署和綠色建築協會等機構協同合作，為香港的建築物減碳技術的開發、評估和實施提供解決方案。我們採取基於系統的和以問題為導向的合作研究方式，將智慧節能建築的外殼結構、先進製冷材料和内部綠色空調系統的研究納入更大的社會、經濟、政治和技術背景下來考慮，以實現建築物的減碳。本項目旨在為香港實現建築物減碳提供可靠的工程解決方案以及政策和監管建議。這項研究將推動建築業的硬體和軟體的全面更新，促進香港建築業的重塑，並最終確立香港在該領域的國際卓越中心的地位。該項目的成果也將適用於中國和全球高度城市化的城市。
主題3：打造香港成為粵港澳大灣區領先的集成電路和光電創新科技中心
項目名稱：下一代寬禁帶／超寬禁帶半導體集成電子技術
項目統籌者：陳敬教授（科大）
摘要
在集成電路(IC)產業的後摩爾時代，寬禁帶(WBG)和超寬禁帶(UWBG)半導體電子技術將發揮重要作用。這些半導體材料具有獨特的更寬的能量帶隙，比傳統的硅材料具有更卓越的性能。因此，WBG和UWBG半導體正在成為下一代高效率、高功率密度電源轉換集成系統的首選材料，用以繼續並進一步加速現代社會的電氣化進程。WBG氮化鎵(GaN)半導體還可以從多功能異質結中受益，為先進無線(5G/6G)網路中的射頻(RF)前端模組(FEM)帶來前所未有的效率和緊湊性。
我們國際知名的項目團隊以開展具有行業影響力的突破性研究而聞名，我們建議對WBG和UWBG半導體集成電子器件進行重點研究，通過解決最具挑戰性的問題，促進它們在性能和可靠性要求更高的應用中的部署，並拓展新應用領域。 在功率電子領域，通過在低成本硅襯底中構建嵌入式有源結構以實現所需的隔離，並開發最節能的GaN CMOS技術以實現片上邏輯控制和更簡單的柵極驅動，GaN功率集成平臺將得到大幅擴展。我們將建立新的可靠性增強範例，旨在消除GaN功率器件中成本高昂的過度設計。柵極驅動器IC將被設計以應對GaN獨特的動態特性，以釋放其在高頻開關中的潛力。我們將從表面處理和重構的新角度開發解決碳化矽(SiC)功率MOSFET中最影響性能的挑戰，即低的MOS通道遷移率的解決方案。為了進一步提高下一代功率電子的效率和應用空間，我們將開發基於UWBG氧化鎵(Ga2O3)的功率器件，該器件具有更具吸引力的內在特性。在射頻電子領域，我們將開發具有高製造性的GaN-on-Si增強型射頻晶體管，然後將其與下一代WBG/UWBG聲波射頻濾波器異質集成到緊湊且可重構的射頻FEM中，以滿足各種移動終端的需求。
WBG和UWBG半導體技術受昂貴的微／納米製造設施的限制較少，可以由粵港澳大灣區（大灣區）這樣的地區支撐。本專案旨在將香港打造成大灣區內WBG和UWBG半導體研究的創新中心，這裡形成了擁有強大的企業研發部門、世界領先的電子製造能力和一流的工業終端使用者的獨特組合。
主題3：打造香港成為粵港澳大灣區領先的集成電路和光電創新科技中心
項目名稱：基於拓撲物理的集成光路
項目統籌者：張霜教授（港大）
摘要
集成光子平台有機結合了成熟的微電子和光電子技術，既減小了芯片尺寸，降低成本和功耗、又提高了可靠性。它是未來高速流量傳輸處理的基礎，但當前仍存在一些未解決的問題，例如如何克服有限空間下光信息通道密度的限制以及如何將光子通信線路與單個孤立的量子系統對接。本項目將利用拓撲光子學和集成光子學的最新進展，將拓撲物理學的原理融入到具有新穎功能和動態可編程的光子集成電路平台設計中。系統的拓撲性質表徵着其離散的特性，具有內在的免疫力和魯棒性，而拓撲概念已經在凝聚態物理領域和光學領域得到應用。具體而言，我們將利用新穎的拓撲概念，如規範場和非阿貝爾拓撲泵，拓撲奇點，如狄拉克點和外爾點，非厄米和超對稱物理等，用於設計緊湊和動態可調的光子集成電路。我們還將利用參數空間的合成維度的概念，提供新的設計策略，以實現對製造誤差的魯棒性。該項目將集合香港各大學在集成光子學方向的研究力量，推動該領域的發展，並促進光通信與大規模人工智能相關產業界之間的合作。此外，項目還將培訓本地青年人才，吸引全球人才來到香港。該項目的成果將應用到實際器件中，促進大灣區在光子學方向的產業發展。
主題4：管理疫症和其他公共衞生挑戰對社會經濟的影響
項目名稱：多角度反思2019冠狀病毒病大流行的經驗以提升對傳染病大流行的應對能力
項目統籌者：高本恩教授（港大）
摘要
呼吸道病毒大流行的發生難以預測。在2019冠狀病毒病大流行初期，嚴格的公共衞生和社交措施被廣泛用以控制病毒傳播並防止高發病率和死亡率。有效疫苗和抗病毒藥物的開發使世界大部分地區在2021和2022年間逐步放寬非藥物措施成為可能，其中，中國於2022年12月改行“與病毒共存”，成為結束新冠疫情限制的最終站之一。我們需要認清大流行帶來的後果不但遠超對身體健康的影響，還包括需要多年才可能恢復的社會和經濟危害。因此，我們提出在四個領域開展一系列的互補性研究活動，以探索在控制感染造成的公共衞生威脅的同時，可以用於減輕未來傳染病大流行對社會經濟及心理健康影響的有效方法。鑑於香港於新冠疫情期間在較長時間內實施了高強度的防疫措施，同時，香港的全球性使此地持續面對外來感染的挑戰，這些都為這項重要的社會實驗提供了獨特的機會。我們的首要目標是提供可以改善全球大流行應對能力的證據，並為香港和其他地方的未來防疫政策提供證據基礎。雖然未來傳染病大流行的表現或有所不同，因而可能需要另一套防疫措施，但我們致力於探求一套可納入大流行規劃的核心原則和最優方案，用於指導未來大流行公共政策的制定。