主题1: 利用人工智能应对逼切的医疗挑战
项目名称： 通过人工智能运动恢复预测系统为不同的中风幸存者提供最大运动功能恢复的个性化康复途径
项目统筹者： 张智钧教授 (中大)
摘要
这个项目透过人工智能和精密康复来应对在人口老龄化、年轻中风发病率增加以及香港物理治疗 / 职业治疗师短缺的迫切挑战，为越来越多的中风幸存者提供足够的运动康复。
中风是香港成年人致残的主要原因，也是全球第三大原因。为了减少中风幸存者的依赖和所需照护带来的社会经济负担（估计每年超过150亿港元），必须提高康复的效果和效率。这些目标可以透过制定预计能产生最大功能恢复的个性化康复方案来实现。由于中风患者的巨大差异，定义这种个性化康复预测模型仍然具挑战性。我们旨在建立一个可解释的人工智能系统的初步版本，称为PRAISE-HK (PoC)（香港及其他地区增强康复的精密康复人工智能系统，概念验证版本），该系统根据多模式的康复前评估来预测个别中风幸存者的恢复潜力和实现这一潜力的最佳治疗选项。
首先，我们将从亚急性中风幸存者 (N=200-400) 中收集临床、神经影像、神经生理学和多组学数据。然后，他们将接受常规上肢康复治疗、针灸、机器人训练或神经肌肉刺激（成果1）。这些康复治疗在香港相对容易获得，而且此前已投入大量资源进行开发。接着，用机器学习从这些数据中提取的特征将用于训练PRAISE-HK (PoC) 中的神经网络和判定树算法，以对不同治疗后运动恢复水平进行稳健预测（成果2）。在系统验证之后，我们将应用PRAISE-HK (PoC) 以试办小区个性化康复计划（成果3）。
我们的模型具有从多种治疗方案，透过广泛的多模式康复前评估来预测最佳治疗选项的潜力，这使得它与之前不太准确的模型不同。我们的跨学科团队由13位研究员组成，拥有脑神经科、物理治疗 / 职业治疗、针灸、电机 / 生物医学工程、机器人技术、神经科学、神经影像、多组学、数据科学和临床试验管理方面的专长，使我们能够在全球独一无二的地位执行这个项目，并产生跨学科教育的机会。从长远来看，PRAISE-HK的最终完整版本将通过促进新康复策略在更有针对性的群体中的临床试验评估来加速其市场化。这种进行康复试验的便利性和本项目的规模将吸引本地和国际、业界和学术康复科学家来香港进行交叉研究和开发新的康复装置，使香港成为未来的全球创新康复中心。
主题1: 利用人工智能应对逼切的医疗挑战
项目名称： 基于基础模型的老年退化性疾病早期诊断、个人化介入治疗以及复杂跨疾病相互作用分析的环境智能系统
项目统筹者： 邢国良教授 (中大)
摘要
由于人口老龄化的显著加剧，老年相关退化性疾病已成为全球的健康挑战，其中包括认知障碍症和肌少症。这两种疾病的症状都会增加活动障碍、认知损伤、机构化管理以及死亡的风险。此外，近期证据显示这两种老年相关疾病之间存在复杂的相互作用。本项目将研发首个利用基础模型的环境智能感知系统Koala，旨在为老年相关的退化性疾病提供无创、个性化的诊断、干预和跨疾病相互作用分析。首先，我们将开发一个多模态环境传感器系统，用来部署在老年人家中以提供长期健康相关活动侦测、数字生物标志物监测、并通过语音和手势与老年人和护理人员进行交互。其次，我们将设计KoalaFM — 首个可信赖且数据 / 计算高效的针对认知障碍症和肌少症的基础模型。该系统包括一个共享的基础模型和针对每位患者的私人数据微调的个性化基础模型，能够融合数字生物标志物、医疗报告和咨询记录等高度异构的跨模态知识。第三，利用KoalaFM，我们将研发用于发现认知障碍症和肌少症的新型数字生物标志物、早期诊断和个性化干预方案的方法。同时，我们将开发可信赖的医疗问诊系统，以增强医生在与老年患者互动过程中的临床评估。我们将开展一个大规模的综合临床试验，从香港三个地区的医院门诊诊所招募1,000名具有不同程度行动和认知障碍的受试者来验证Koala。这将成现今最大规模的针对认知障碍症和肌少症的跨疾病人群研究。这项研究不仅将带来从问诊、早期诊断到干预的全方位健康解决方案，还将对阐明肌少症和认知障碍症之间病理途径的相互影响和演变具有重要意义，从而大大提高对这两种疾病的诊断和治疗水平。
主题1: 利用人工智能应对逼切的医疗挑战
项目名称： 开发和部署基于小区的眼科保健模式以提供基层眼科保健服务
项目统筹者： 梁启信教授 (港大)
摘要
香港医院管理局（医管局）现为超过700万人提供眼科服务，却面临人口老化和人力短缺的严峻挑战。香港眼科医生短缺导致了一系列后果，影响了眼科护理和广泛社会生产力。青光眼和湿性老年黄斑病变等不可逆转失明的常见成因需要及时诊断和干预，以防止视力逐渐丧失，但目前医管局专科门诊眼科新患者预约的最长轮候时间为204周（第90 个百分位数）。因此，许多慢性眼疾未被及时发现和治疗，最终导致视力永久受损。按照香港卫生局的基层医疗保健蓝图，我们有迫切需要透过开发、部署和整合以小区为基础的眼科保健系统，与专科门诊合作来改善眼科服务的模式，以提高管理慢性眼疾的效率。我们建议在地区康健中心（在香港各区提供基层保健服务的小区健康中心）开发和部署以小区为基础的眼科服务模式，与专科门诊结合，以检测和治疗慢性眼疾。我们将设计并验证新型人工智能光学相干断层扫描诊断系统，在两个地区的康健中心（南区康健中心和观塘康健中心快线）检测致盲性眼部疾病。这些地区康健中心将由眼科护士和验光师管理，他们将提供咨询服务和眼部健康教育，处理屈光不正和干眼病，并把有需要眼科医生治疗的患者转介至专科门诊。我们会利用现实世界的务实随机临床试验调查这个以小区为基础的基层眼科保健模式的影响和成本效益。我们假设这模式将大大缩短诊断眼疾的时间（主要结果指标），诊断表现比目前模式更佳或相约。我们预计这个新模式将大幅减少专科门诊新患者预约的轮候时间，由长达 204 周缩短至 8 周以内，从而提高眼科服务的成本效益，减轻视力障碍和失明对社会日益加重的负担，最终提高香港的社会生产力。
主题2: 致力推动在2050年前实现碳中和
项目名称： 实现香港电力系统的低成本高效益碳减排：技术创新，行动方案和路径
项目统筹者： 宫鹏教授 (港大)
摘要
实现碳中和是一项复杂的系统工程，要求全面的碳排放核算数据支持、脱碳技术创新、有效的配套经济与社会政策，以及利益相关者的积极参与。以香港为例，电力生产是碳排放的主要来源，占总排放量的66%以上。鉴于此，电力部门的减排对于实现2050年碳中和目标至关重要。然而，由于缺乏高时空分辨率的碳排放现状、对未来脱碳技术选择的系统评估以及成本效益分析，香港尚未制定出切实可行的低成本脱碳实施策略。本研究旨在提出一个基于科学的方法框架，量化评估香港实现碳中和的路径，并探讨其（一）脱碳技术可行性、（二）电力部门和能源基础设施的可靠性与韧性，以及（三）社会经济系统的可接受性。基于此，本研究项目集中实现如下目标：
1.供给端：在开发高时空分辨率的自上而下和自下而上的电力系统碳排放模型基础上，通过整合包括氢能等可再生能源系统，开发具有成本有效性的电力部门脱碳技术组合，以寻求香港供给端的电力系统碳中和的技术路径 ;
2.需求端：开发分布式能源系统和电力基础设施规划，以及对分布式能源与设施进行综合优化与考虑，从而实现需求端减少扩展电厂容量的需求（2035-2050年）;
3.开发一个综合的动态决策模型（ISIDM），用于中长期基于成本效益考虑的香港电力系统碳中和规划，通过模拟不同的技术，脱碳政策和社会生态系统反馈情景，以寻找可行的脱碳路径和行动路线图。
我们的团队由港大 / 理大 / 城大 / 中大在气候变化与环境遥感科学、地球系统科学、机械工程、材料科学、能源工程、电力系统规划、管理科学与工程、碳金融及公共政策方面的跨学科高水平专家组成，与香港及粤港澳大湾区内的多家主要能源及公用事业 / 企业等机构协同合作，为香港和其他「人口高密度+土地资源短缺」的全球城市 / 地区的电力系统开发脱碳技术、 评估和实施提供低成本高效益的解决方案。 这项研究致力于推动电力行业可再生能源技术转型创新的潜力，以促进实验室规模的原型与电力系统脱碳实践领域的进步，并鼓励在可持续发展科学和碳中和电力系统方面的协同努力。 我们的最终目标是提升香港在碳中和与可持续发展领域的国际中心地位。
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： 面向先进光子片上系统的硅光子学和硅上 III-V族半导体的异质外延
项目统筹者： 曾汉奇教授 (中大)
摘要
摩尔定律即将终结，芯片制造面临越来越多的技术挑战，而且成本急剧增加。为此，我们提出了一种硅基光子集成的替代途径，以提高集成片上系统芯片的性能。我们致力于开发先进的光子片上系统芯片(PSoCs) 的核心技术。通过利用光子而非电子，光子集成在光学传感、数据通信、高速信号处理等应用中具有显著优势。我们选择硅作为光子集成的首选平台，因为它享有互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造相关的低成本和高产率优势，并且具有高可靠性和成熟的供应链。这些优势使硅成为集成电路的主导半导体。
在这个项目中，我们将研究一种新工艺以实现III-V族半导体在硅上的异质外延集成。与传统的平面晶圆异质外延相比，我们的方法无需厚缓冲层，因为厚缓冲层通常使得与硅波导的集成变得更为复杂。我们提出的方法采用了共同首席研究员刘纪美教授发明的纵横比限制 (LART) 技术。LART确保III-V区与硅波导处于同一平面，从而实现III-V器件与硅波导之间光的高效低损耗耦合。在这个项目中，我们将开发器件集成的基本工艺，并展示PSoCs在实现高度紧凑的先进成像系统、节能低延迟光子信号处理器以及用于传感和通信的集成光源方面的优势。该项目将应用新开发的LART技术在硅光子学上制造新的单片集成III-V光子器件，包括电驱动激光器、宽带发光二极管和光频梳源、用于数据通信的III-V高效光调制器、III-V半导体光放大器和高性能III-V光电探测器。我们旨在将III-V器件与高性能无源硅光子功能组件（如低损耗光栅耦合器、光学相控阵和滤波器）集成起来，构建可用于大容量光互连、高速光相干断层成像系统、高速光子计算加速器、多模光纤成像系统以及其他新兴应用的硅光集成芯片。
主题5: 创新及环保建筑科技和物料
项目名称： 明日已至：可持续3D混凝土打印实现生态友好型自主建造
项目统筹者： 刘锦茂教授 (城大)
摘要
香港面对住房短缺和填埋场地不足的紧迫挑战，迫切需要创新的建设解决方案。建筑材料资源和专业劳动力的匮乏进一步加剧了这一问题。本项目旨在利用三维混凝土打印 (3DCP) 技术，打造一个自主和可持续的建筑系统，减少对非专业建筑工人的依赖。该系统在降低建筑行业的劳动力需求的同时，提升质量控制，减少材料和时间的浪费，并为废物的循环利用开辟新途径。3DCP技术在生成传统建筑方法难以实现的复杂结构方面具有显著优势，这不仅增强了现场施工的能力，也拓展了非现场制造的可能性。本跨学科合作项目将汇集材料科学、计算建模、人工智能、系统设计、自动化与控制、数字孪生技术、环境科学及公共政策等领域的专家团队，共同开发这一自动化和可持续的建筑解决方案。本项目将分阶段实施：首先，利用生成式人工智能技术，开发包含废物成分的可持续水泥基复合材料。其次，通过计算模拟和实验室测试，优化这些复合材料以适应3DCP工艺。第三，设计一种适用于3DCP的电缆驱动机器人系统，并开发新的控制算法，以实现自动化、稳定且高质量的打印。第四，构建一个集成实时监控和反馈的自动化3DCP控制系统，并创建与计算模型互动的3DCP系统的数字孪生。最后，评估该项目的社会、经济和环境影响，以确保其在香港建筑业的可持续实施。本项目的目标是为香港建筑业提供一套全面、可靠、成本效益高的3DCP技术解决方案，使用环保材料，减少废物产生。通过这一项目，我们期望缓解住房紧张、劳动力短缺问题，节省填埋空间，降低碳排放，为香港、大湾区乃至其他国际大都市提供可持续发展的新路径。