主题1：利用人工智能应对逼切的医疗挑战
项目名称：研发用于微创介入式治療的人工智能辅助微型机械人平台
项目统筹者：张立教授（中大）
摘要
对于人体内的医疗应用，微型机械人展现出了很好的前景。得益于其微小的尺寸，微型机械人很适合在狭小和曲折的腔体环境中进行主动、定向的医疗任务，而这些环境对于传统的医疗工具来说是难以到达的。然而，要实现体内应用，还有数个较大的挑战需要克服，包括在动态生理环境中的性能表现、成像、控制，以及适度的自主性。除此以外，人工智能和微纳机械人结合的研究可以为加速微纳机械人的医疗转化，和为构建下一代微创介入治疗平台提供新的可能性。本跨学科项目致力于将人工智能应用于微纳机械人来实现微创介入治疗，我们将会解决以下几个核心挑战：(1)如何把深度学习算法引入实时、自适应的可重构微纳机械人集群的规划和控制，来承担生理环境中的医疗任务；(2)如何实施基于人工智能的算法来处理含噪声的原始回馈图像，并且优化微机械人集群的控制性能来抵抗生理环境的干扰；(3)如何模拟人体的生理参数，来进行术前的治疗评估和临床训练。为了解决这些挑战，我们的团队包含了工程和医学领域的专家，将会合作来完成并交付以下成果：(1)一个集成了深度学习的人工智能控制策略，来进行生理环境中的微机械人集群的环境适应性形态控制；(2)一个人体尺度的磁驱动系统，该系统集成了实时成像工具，来进行稳定的体内追踪和微机械人集群的远程遥控；(3)一个基于人工智能的控制策略，用以在生理环境中自主化和智能化地对微机械人集群进行有自适应性的导航；(4)一个微纳机械人交互式虚拟手术平台(μbot-IVSP)来模拟人体环境，进行术前微机械人治疗评估，和远程操控的练习。我们的项目是基于研究团队的长期密切合作，将会为该领域提供重要的新数据及参考标准。该联合项目所产出的先进技术以及成果将会为香港做出深远的贡献，尤其是在新兴的人工智能及微创医疗用微型机械人领域。
主题1：利用人工智能应对逼切的医疗挑战
项目名称：一体化的人工智能、基因组学和生物医学新技术在精神疾病的客观诊断、个体化治疗及病因解析中的应用
项目统筹者：章伟雄教授（理大）
摘要
重性精神疾病(Major Psychiatric Disorders)，包括重性抑郁障碍、精神分裂症和双相障碍等，在全球范围内对人们的健康和社会经济带来了重大影响。目前，香港的重性精神疾病患病率高达13.3%，远超过癌症等其他疾病。文化和社会经济因素使得青少年和老年人更易患此类疾病。值得注意的是，近期香港社会的大规模动荡以及COVID-19的封锁，进一步加剧了精神疾病的负担。然而，长期以来，精神疾病治疗的效果却一直未能满足患者的需求。统计数据显示，只有不到40%的病患能够通过初期治疗有效控制症状。这种不如人意的临床结果，主要源于精神疾病的诊断依赖于主观认知和行为指标。当这些指标应用于有相似或重迭症状的患者时，目前的诊断，特别是早期诊断，其准确性和确定性便显得相当有限。
为了推动精神健康领域的创新发展，我们提出将重性精神疾病的诊疗模式从基于症状的方式转向基于人工智能(AI)及数据驱动的方式，从而实现个体化精准治疗的范式转变。通过整合人工智能、基因组学和生物医学技术，我们将开发一个可解释的AI辅助治疗规划系统，以提供精准的诊断和个体化的神经调控物理治疗，从而为抑郁症等精神疾病提供更有效的治疗方案。
本研究计划将集中在三个关键领域。首先，我们将专注于发现与重性精神疾病相关的基因变异和脑功能影像特征，并利用它们对重性精神疾病进行重新分型。寻找与复杂性疾病（如重性精神疾病）相关的基因标志物在遗传学和药理学中一直是一项悬而未决的挑战，其主要困难源于复杂性疾病中多个基因之间难以发现和检测的相互作用。我们计划通过构建复杂基因相互作用网络和识别网络中的模块来应对这个挑战。其次，我们将研究外部环境刺激对精神疾病发病机制以及遗传性的影响。我们将使用啮齿动物模型，研究应激引起的表观遗传变化、非编码转录本，以及免疫系统的调节作用。我们将通过跨物种研究和分子生物学实验，探索临床普遍采用的重复经头磁刺激(Repeated Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS)治疗的分子机理，以深化对疾病机制的理解，并验证我们重新定义的疾病亚型的有效性。最后，我们将应用新的多基因标志物和脑功能影像特征，以及新获得的疾病机制知识，来建立更可靠的诊断方法和指导个体化治疗，从而提升精神疾病治疗的效果。本项目开发的新技术和人工智能辅助治疗规划系统可以扩展应用于癌症等其他重大疾病。作为跨学科的合作研究，本项目将提供协作和多学科研究环境，培养具有跨学科研究能力的新一代科研人才。
主题2：致力推动在2050年前实现碳中和
项目名称：香港建筑物减碳技术与方案：研发、评估与实施
项目统筹者：孙庆平教授（科大）
摘要
建筑物是香港碳排放的最重要来源，它消耗了整个城市90%的电力和排放了60%的碳。因此，为了实现2050年香港的碳中和目标，香港建筑物的减碳是势在必行的。香港建筑物的能耗和碳排放主要来至于其终生服役过程中的电力运营能耗和排放，如通过使用制冷设备、空调和通风等。建筑物减碳需要整个社会各界的努力，特别是新减碳技术的选项以及最终把它们研发成可靠和经济的技术产品在香港大范围推广。遗憾的是，目前香港政府的气候行动计划里，对于采用什么样的新技术以及如何在政府制定的政策和规范下将其全面推广依然是不清楚的。 本研究项目集中于实现下面两个目标：
1. 根据其功效和可行性，物色和开发有前途的新技术，实现最大限度地节能减排，并用于香港现有的和新的建筑，并在2050年之前大幅减少运营能耗和排放，以实现碳中。
2. 将开发的创新技术与建筑行业的凈零政策和法规相结合，为香港政府提供可行的实施路线图。实现从实验室规模的原型到实际规模的示范单位，最终到城市规模的全面实施。
我们组成了一支由科大／理大／城大在环境、机械工程、材料科学和工程、城市规划及公共政策方面的高水平专家组成的团队，与香港环境保护署和绿色建筑协会等机构协同合作，为香港的建筑物减碳技术的开发、评估和实施提供解决方案。我们采取基于系统的和以问题为导向的合作研究方式，将智慧节能建筑的外壳结构、先进制冷材料和内部绿色空调系统的研究纳入更大的社会、经济、政治和技术背景下来考虑，以实现建筑物的减碳。本项目旨在为香港实现建筑物减碳提供可靠的工程解决方案以及政策和监管建议。这项研究将推动建筑业的硬件和软件的全面更新，促进香港建筑业的重塑，并最终确立香港在该领域的国际卓越中心的地位。该项目的成果也将适用于中国和全球高度城市化的城市。
主题3：打造香港成为粤港澳大湾区领先的集成电路和光电创新科技中心
项目名称：下一代宽禁带／超宽禁带半导体集成电子技术
项目统筹者：陈敬教授（科大）
摘要
在集成电路(IC)产业的后摩尔时代，宽禁带(WBG)和超宽禁带(UWBG)半导体电子技术将发挥重要作用。这些半导体材料具有独特的更宽的能量带隙，比传统的硅材料具有更卓越的性能。因此，WBG和UWBG半导体正在成为下一代高效率、高功率密度电源转换集成系统的首选材料，用以继续并进一步加速现代社会的电气化进程。WBG氮化镓(GaN)半导体还可以从多功能异质结中受益，为先进无线(5G/6G)网络中的射频(RF)前端模块(FEM)带来前所未有的效率和紧凑性。
我们国际知名的项目团队以开展具有行业影响力的突破性研究而闻名，我们建议对WBG和UWBG半导体集成电子器件进行重点研究，通过解决最具挑战性的问题，促进它们在性能和可靠性要求更高的应用中的部署，并拓展新应用领域。 在功率电子领域，通过在低成本硅衬底中构建嵌入式有源结构以实现所需的隔离，并开发最节能的GaN CMOS技术以实现片上逻辑控制和更简单的栅极驱动，GaN功率集成平台将得到大幅扩展。我们将建立新的可靠性增强范例，旨在消除GaN功率器件中成本高昂的过度设计。栅极驱动器IC将被设计以应对GaN独特的动态特性，以释放其在高频开关中的潜力。我们将从表面处理和重构的新角度开发解决碳化硅(SiC)功率MOSFET中最影响性能的挑战，即低的MOS通道迁移率的解决方案。为了进一步提高下一代功率电子的效率和应用空间，我们将开发基于UWBG氧化镓(Ga2O3)的功率器件，该器件具有更具吸引力的内在特性。在射频电子领域，我们将开发具有高制造性的GaN-on-Si增强型射频晶体管，然后将其与下一代WBG/UWBG声波射频滤波器异质集成到紧凑且可重构的射频FEM中，以满足各种移动终端的需求。
WBG和UWBG半导体技术受昂贵的微／纳米制造设施的限制较少，可以由粤港澳大湾区（大湾区）这样的地区支撑。本项目旨在将香港打造成大湾区内WBG和UWBG半导体研究的创新中心，这里形成了拥有强大的企业研发部门、世界领先的电子制造能力和一流的工业终端用户的独特组合。
主题3：打造香港成为粤港澳大湾区领先的集成电路和光电创新科技中心
项目名称：基于拓扑物理的集成光路
项目统筹者：张霜教授（港大）
摘要
集成光子平台有机结合了成熟的微电子和光电子技术，既减小了芯片尺寸，降低成本和功耗、又提高了可靠性。它是未来高速流量传输处理的基础，但当前仍存在一些未解决的问题，例如如何克服有限空间下光信息信道密度的限制以及如何将光子通信线路与单个孤立的量子系统对接。本项目将利用拓扑光子学和集成光子学的最新进展，将拓扑物理学的原理融入到具有新颖功能和动态可编程的光子集成电路平台设计中。系统的拓扑性质表征着其离散的特性，具有内在的免疫力和鲁棒性，而拓扑概念已经在凝聚态物理领域和光学领域得到应用。具体而言，我们将利用新颖的拓扑概念，如规范场和非阿贝尔拓扑泵，拓扑奇点，如狄拉克点和外尔点，非厄米和超对称物理等，用于设计紧凑和动态可调的光子集成电路。我们还将利用参数空间的合成维度的概念，提供新的设计策略，以实现对制造误差的鲁棒性。该项目将集合香港各大学在集成光子学方向的研究力量，推动该领域的发展，并促进光通信与大规模人工智能相关产业界之间的合作。此外，项目还将培训本地青年人才，吸引全球人才来到香港。该项目的成果将应用到实际器件中，促进大湾区在光子学方向的产业发展。
主题4：管理疫症和其他公共卫生挑战对社会经济的影响
项目名称：多角度反思2019冠状病毒病大流行的经验以提升对传染病大流行的应对能力
项目统筹者：高本恩教授（港大）
摘要
呼吸道病毒大流行的发生难以预测。在2019冠状病毒病大流行初期，严格的公共卫生和社交措施被广泛用以控制病毒传播并防止高发病率和死亡率。有效疫苗和抗病毒药物的开发使世界大部分地区在2021和2022年间逐步放宽非药物措施成为可能，其中，中国于2022年12月改行“与病毒共存”，成为结束新冠疫情限制的最终站之一。我们需要认清大流行带来的后果不但远超对身体健康的影响，还包括需要多年才可能恢复的社会和经济危害。因此，我们提出在四个领域开展一系列的互补性研究活动，以探索在控制感染造成的公共卫生威胁的同时，可以用于减轻未来传染病大流行对社会经济及心理健康影响的有效方法。鉴于香港于新冠疫情期间在较长时间内实施了高强度的防疫措施，同时，香港的全球性使此地持续面对外来感染的挑战，这些都为这项重要的社会实验提供了独特的机会。我们的首要目标是提供可以改善全球大流行应对能力的证据，并为香港和其他地方的未来防疫政策提供证据基础。虽然未来传染病大流行的表现或有所不同，因而可能需要另一套防疫措施，但我们致力于探求一套可纳入大流行规划的核心原则和最优方案，用于指导未来大流行公共政策的制定。