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理大研究拆解海膽棘刺「機電感知」能力 賦能新一代仿生傳感器

海膽的棘刺除了有防禦功能，原來還是天然傳感器。由香港理工大學（理大）協理副校長（研究）、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授兼機械工程學系講座教授王鑽開教授聯合香港城市大學、華中科技大學學者組成的研究團隊首次發現海膽棘刺內部的梯度多孔結構具有強大機電感知能力，能迅速感應水流。團隊並利用3D打印技術製造出仿生新材料傳感器，為傳感技術帶來重大突破，推動海洋環境監測、水下基建管理等深海科技的發展，更可拓展應用至腦機接口、航空航天等新興領域。 研究團隊在刺冠海膽（Diadema setosum）身上觀察到，當海水滴落在棘刺尖端時，棘刺會在一秒內迅速旋轉。他們利用電學測量，發現棘刺受水滴刺激後，內部會產生約百毫伏電壓；而棘刺浸在水中時，水流刺激也能產生約數十毫伏的電壓。這種機電感知能力在已死亡的棘刺中都能出現，證相關機制與生物細胞無關。 這種反應源自棘刺內部的雙連續梯度多孔立體網狀骨架（stereom）：由大小不一的孔洞組成，並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化，基部孔洞較大、固體密度較低，尖端孔洞較小、固體密度較高。當水流經多孔結構時，固液界面發生相互作用，流動液體對雙電層產生剪切作用，並誘導界面電荷的分離和重新排佈，從而產生電壓差。而梯度結構會令水流與孔壁的碰撞更劇烈、電壓差更強，提升棘刺的感知能力。 受上述發現啟發，研究團隊利用光固化3D打印技術，以高分子聚合物和陶瓷製作模仿棘刺結構的樣本。實驗證實在水流刺激下，仿生設計相較一般非梯度設計，電壓輸出高約三倍，訊號振幅更增約八倍，顯示機電感知能力的關鍵在於結構而非材料。他們並構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器，各組件均採用了梯度多孔結構，無需額外電源，即可在水下即時記錄電訊號，並精準定位水流衝擊位置。 研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器，各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構，無需額外電源，即可在水下即時記錄電訊號，並精準定位水流衝擊位置。   研究團隊指，海膽棘刺的梯度多孔結構強化了訊號的傳遞，提升傳感器的精準度及靈敏度。這種強大機電感知機制可以複製至不同材料，更有望延伸至感測水流以外的各種訊號，包括壓力、震動、電波等，啟發其他領域的傳感技術，例如在腦機接口中用以增強腦電波及神經訊號的傳遞，應用潛力無可限量。 王鑽開教授表示：「相比傳統機械傳感器，團隊設計的仿生超材料傳感器在可生產性、結構設計可能性、材料通用性、幾何與性能控制能力及水下自我感測時間差能力等方面均更勝一籌。我們期望結合多孔結構的梯度與3D打印技術，以不同材料、孔徑及表面特徵來製造更多仿生超材料傳感器，在更多領域發揮應用潛力。」 王教授團隊長期致力於仿生科學與工程研究，曾受荷葉自清潔效應與南洋杉表面液體自發驅動現象啟發，開發具備快速排水功能的新型功能材料；以及模仿真菌噴射孢子的生物機制，研發能自主彈射冷凍水滴的防結冰結構。他期望研究能為開發仿生材料開闢全新思路：「對於天然多孔材料而言，強度等力學性能或許並非其核心功能，而只是複雜生物礦化過程的次要效應。深入探索這些鮮為人知的生物機制，全面認識並充分利用天然材料，對推動仿生研究發展具有至關重要的意義。」 此項聯合研究由王鑽開教授與香港城市大學的呂堅教授，以及華中科技大學的閆春澤教授和蘇彬教授共同領導，已刊登於國際學術期刊《自然》上。   From PolyU Media Release (English) | (Chinese)] 專家藉海膽棘刺研發仿生傳感器 大公報(Ta Kung Pao)] 理大仿生傳感新突破 拆解海膽「機電感知」能力研製高效能水流傳感器 巴士的報(Bastille Post)] 理大研究拆解海胆棘刺「机电感知」能力 赋能新一代仿生传感器 [新浪香港(SINA)] PolyU research unveils mechanoelectrical perception in sea urchin spines, empowering next-generation biomimetic sensors [華富財經(Quamnet)] PolyU research unveils mechanoelectrical perception in sea urchin spines, empowering next-generation biomimetic sensors [AP] PolyU research unveils mechanoelectrical perception in sea urchin spines, empowering next-generation biomimetic sensors [Channel News Asia] PolyU research unveils mechanoelectrical perception in sea urchin spines, empowering next-generation biomimetic sensors [The Manila Times] PolyU research unveils mechanoelectrical perception in sea urchin spines, empowering next-generation biomimetic sensors [Viet Nam News]  

PolyU contributes to Nation’s space industry

大公文匯 (HKTKWW)

智能義肢　有多智能？

大學線(U-Beat Magazine)

Three PolyU innovative projects receive support from Smart Traffic Fund, enhancing driving safety and transportation efficiency

The Hong Kong Polytechnic University (PolyU) is committed to pioneering research that contributes to a smarter and safer future. In the 23rd batch of the Smart Traffic Fund, three PolyU projects have received total funding of HK$18.6 million. With a focus on intelligent driving systems, wearable monitoring technologies and bus emergency braking solutions respectively, these projects aim to enhance transportation efficiency and driving safety.  Prof Christopher CHAO, Senior Vice President (Research and Innovation) of PolyU, said, “We are delighted to receive support from the Smart Traffic Fund. These PolyU projects bring forward novel solutions to address critical and emerging challenges in transportation and logistics. They have the potential to propel transport technology toward new frontiers. PolyU remains committed to translational research, steadfast in our vision of creating tangible benefits for society.” Led by Prof. Weisong WEN, Assistant Professor of the Department of Aeronautical and Aviation Engineering, the project “Application of End-to-End Intelligent Driving System in Logistics Industry” secured funding of approximately HK$7.06 million for 24 months. This project aims to develop an end-to-end intelligent driving system for the logistics industry, incorporating a unified artificial intelligence framework for spatial localisation through multi-modal sensor fusion, a Bird’s Eye View perception system for 360-degree environmental understanding, and sim-to-real training and validation based on the Hong Kong landscape. By providing this integrated solution, the system supports the future development of intelligent driving technology in Hong Kong. Led by Dr Qinbiao LI, Research Assistant Professor of the Department of Aeronautical and Aviation Engineering, the project “Wearable Wristband-based Driver Attention Monitoring and Alerting System” secured funding of approximately HK$4.51 million for 24 months. This project aims to develop a real-time driver attention monitoring and alerting system using data collected from wearable health-tracking wristbands. The system continuously tracks physiological signals such as photoplethysmogram (PPG), heart rate variability (HRV) and blood oxygen saturation to assess attentiveness while driving. Leveraging deep learning algorithms, it detects signs of drowsiness and distraction, generates a Unified Attention-Loss Index and issues graded alerts, providing early warnings to drivers and fleet managers in support of enhancing road safety. Led by Prof. SZE Nang Ngai, Associate Professor of the Department of Civil and Environmental Engineering, the project “Bus Automatic Emergency Braking System Designed for Hong Kong Road and Traffic Conditions” secured funding of approximately HK$7.04 million for 24 months. This project aims to design an Automatic Emergency Braking System (AEBS) for buses tailored to Hong Kong’s road and traffic conditions. It will analyse traffic accident records and real-time bus trajectory data collected during shadow tests to evaluate AEBS performance and its effectiveness in reducing collisions while ensuring passenger safety. The research deliverables include providing empirical evidence for bus operators to formulate AEBS deployment strategies in Hong Kong and the enhancement of overall bus safety. PolyU has long been committed to the research and application of vehicle-related innovation and technology, with 31 projects supported by the Smart Traffic Fund to-date. This achievement underscores the University’s contribution to advancing innovation in transportation technology. The Smart Traffic Fund provides funding support to local organisations and enterprises for conducting research and applying innovation and technology with the objectives of enhancing commuting convenience, enhancing efficiency of the road network or road space, and improving driving safety.    From PolyU Media Release (English) | (Chinese)] PolyU Projects Win Smart Traffic Fund for Safer Roads [Mirage] 理大三個創新項目獲智慧交通基金支持 促進駕駛安全及運輸效率[文匯報(Wen Wei Po)] 理大3項目獲智慧交通基金支持 研發智能駕駛及安全駕駛技術 [點新聞(Dot Dot News)]      

理大研發第三代智慧原位熔池精控技術 產學研深度融合 助力大灣區先進製造

香港理工大學（理大）科研團隊成功研發第三代智慧原位熔池精控技術「IntraSpect™」，為高端精密製造領域帶來突破性創新。熔池是焊接過程中金屬受高能量熱源熔化形成的微型液態區域，其內部狀態直接影響焊接質量，惟傳統技術難以在加工過程中實時監測。IntraSpect™結合光學相干斷層掃描及多模態人工智能引擎，打造出可於焊接過程中以微米級精度實時監測熔池內部狀況及捕捉三維形態變化的「工業透視眼」，從源頭解決焊接缺陷這一業界難題。項目現已與多家大灣區企業合作，並積極推動技術商業化，有望延伸應用於醫療器械、航空航太等對焊接品質要求極高的領域。 IntraSpect™項目由理大工程學院院長、鄭翼之製造工程學講座教授及材料工程講座教授文効忠教授，及工業及系統工程學系助理教授溫燮文教授領導。文教授在高功率激光焊接領域深耕四十載，累積豐富產業合作經驗，深諳業界痛點和實際需求；溫教授則專注精光學儀器設計與微觀動態捕捉技術。兩位教授跨學科協作、優勢互補，使IntraSpect™的研發從起步階段便緊扣工業應用場景。 文効忠教授指：「傳統焊接監測主要依賴表面觀察或事後檢測，難以在加工過程中實時掌握熔池內部狀況，輕則導致產品報廢，帶來經濟損失，重則引發安全事故。IntraSpect™從源頭介入，在缺陷尚處萌芽階段便能即時識別和修正，將被動的事後檢測轉化為主動預防，大幅降低廢品率，顯著提升生產效率與產品可靠性。」 溫燮文教授解釋：「IntraSpect™猶如為焊接設備裝上『工業透視眼』，能在百萬分之一秒內穿透焊接過程中產生的強光、金屬蒸氣及飛濺干擾，直接量測熔池內部的三維深度與形貌，實現微米級的實時導航。這使機器能在焊接過程中自我修正，達到閉環智能控制。」 經實測驗證，IntraSpect™系統檢測數據與破壞性測試結果誤差低於百分之二，技術指標達國際領先水平。與同類進口產品相比，系統成本降低約一半，企業投資回報週期不足一年。團隊估算，此技術可取代高達七成的破壞性檢測流程，大幅節省材料與時間成本，同時實現百分百全量監控，為每一個焊點立建立完整的質量追溯紀錄。 IntraSpect™首階段主要應用於新能源汽車電池及智能手機等3C電子產品的精密焊接工序。團隊正積極與業界夥伴展開測試合作，將項目轉化為可落地的工業解決方案。長遠而言，技術亦具潛力延伸至醫療器械、航空航天等對焊接品質要求極高的領域。 理大高級副校長（研究及創新）趙汝恒教授表示：「IntraSpect™充分展現理大在產學研深度融合方面的獨特優勢和潛力。我們不僅致力於前沿科技的原創突破，更著力將科研成果走出校園、走向產業、服務社會。國家『十五五』規劃強調繼續發展新質生產力，而智能製造正是以創新科技驅動產業升級的核心引擎。理大將繼續積極對接國家戰略與特區政府新型工業化政策，為粵港澳大灣區高端製造業升級貢獻力量，進一步鞏固香港作為國際創科中心的獨特地位。」 團隊寄望結合香港的科研優勢與大灣區的產業配套，為國家打造更安全、更高效、更智能的高端製造體系，同時為香港經濟高質量發展注入新動能。     From PolyU Media Release (English) | (Chinese)] PolyU Unveils 3rd-Gen Laser Tech for Advanced Manufacturing [Mirage] 理大激光焊接、光學專家 攜手打造「工業透視眼」[經濟日報(Hong Kong Economic Times)] 理大研發第三代智慧原位熔池精控技術 為高端精密製造領域帶來突破性創新 [巴士的報(Bastille Post)] 理大研發「Introspect」第三代智慧熔池精控技術 以「工業透視眼」實時監測焊接缺陷助力灣區高端製造升級 [巴士的報(Bastille Post)] 理大研發第三代智慧原位熔池精控技術 產學研深度融合 助力大灣區先進製造 [紫荊雜誌社(Bauhinia Magazine)]  

理大與多倫多大學探索共建聯合研究中心 推動樂齡科技創新應對人口老化

紫荊雜誌社(Bauhinia Magazine)

Hong Kong researchers break the single-field barrier with dual-field assisted diamond cutting

EurekAlert

京港學術交流中心主辦 2025香港十大創科新聞出爐 醫健佔6則

大公報(Ta Kung Pao)

理大開發先進人機協作系統 賦能高端製造任務

工業5.0時代的核心在於人機協作，香港理工大學（理大）科研團隊在此領域取得創新突破，研發出新一代「人機共生」協作製造系統，不僅能實時感知複雜環境、準確解讀操作人員意圖，更能通過簡單示教學習，完成技能遷移和自動學習，並實現自主的工藝代碼生成與高準確度任務執行的自動調節，已成功應用於大型飛機自主製孔、電動車電池拆解等高端製造任務，為業界打造「人本智能製造」新模式奠定重要基石。 人機之間的協同運作，旨在結合人類的靈活應變與適應能力，以及機器的高精準度與穩定性，發揮各自最大價值。這套「互相認知人機協作製造系統」，由理大黃鐵城智能機器人學青年學者、工業及系統工程學系副教授鄭湃教授及其科研團隊開發，一改傳統倚賴預編程設計，以整體場景理解為核心，通過收集及分析視覺、觸覺、語言及生理信號等多模態感知訊息，實現高準確度與全方位的環境分析，並可自主作出決策及靈活執行任務。 該新系統具備先進的機器學習與三維場景感知能力，兼具效率與安全性，大大促進了人與機器人在複雜製造場景中的流暢互動。透過產業合作項目，團隊已為多家領先企業量身打造人機協作系統，並成功於多種場景落地，主要涉及精密或複雜的工序。 鄭教授表示：「全球製造業轉型都正追求人機共生模式，看重更具彈性的自動化效能。我們的研究旨在構建一種嶄新人機協作架構，提供具有多模態自然感知、跨場景技能遷移、域模型自主執行的智能機器人製造系統，使機器人不再只是工具，而是能與操作人員同步演進的智能體，為智慧工廠突破基於預編程的自動化手段提供新方案。」 半結構化、非結構化生產場景，例如個性化產品製造，通常涵蓋大規模、複雜的產品組裝、拆解與檢測流程，要求高認知及快速適應能力。研究團隊引入新穎的「視覺語言導引」規劃架構，融合大型語言模型、深度強化學習等前沿人工智能技術，輔以混合實境（MR）頭戴式裝置，提升應對個性化與其他不可預測生產任務的能力。 該架構關鍵創新在於結合了視覺語言導引的目標分割模型，以及由語言指令驅動的任務規劃方法，令系統能整合視覺資訊與語言指令，協助機器人掌握複雜任務語意及識別動態場景，從而與操作人員高效協作。其中，頭戴式裝置能夠提供實時數據擷取，為操作人員提供即時、直觀的引導，亦革新了人機互動介面。 鄭教授強調：「未來智能製造的發展方向不是讓機器變得更聰明去取代人類，而是在人與機器共同學習、調適與成長的模式中，創造出更高的生產力與靈活性。為滿足此發展需求，下一代機器人械臂需具備在人類引導下持續學習與優化的能力，才能實現高效且自然的人機互動。」 為進一步推動人機協作系統的進步，鄭教授將帶領研究團隊深入探索多個關鍵技術，包括具自我組態能力的人機網絡、技能轉移機制，以及自主多智能體的任務執行方式，建構「深度人本」的智能製造系統，並拓展至更多重要領域，令社會邁向一個由科技賦能、具同理心與人性導向的智能新世代。 鄭湃教授一直致力研究「人機共生」協作製造系統，並獲選2024年度國家自然科學基金的「優秀青年科學基金項目」。鄭教授帶領RAIDS科研團隊進行以上研究項目，詳情：https://www.raids.group/   From PolyU Media Release  [(English) | (Chinese)] PolyU Unveils Advanced Human-Robot Collaboration System [Mirage] 港理大研發人機協作新系統 賦能高端製造任務 文匯報(Wen Wei Po)] 理大突破性「人機共生」系統賦能飛機製造與電池拆解 引領工業5.0智能製造新時代 [巴士的報(Bastille Post)]      

百家全國重點實驗室來到大灣區，將帶來哪些改變？

新浪香港 (Sina HK)