跨國頂尖研究中心計畫背景介紹

在知識經濟的時代,人才已經成為影響國家未來發展的重要關鍵之一,加上人才必須透過長期教育及訓練的方式來培養,因此具備一定程度專業技術與知識的高階人才,目前已經成為世界各國政府全力爭取的稀有資源。此外對於國內人才與技術的培育,不僅須符合國內經濟發展與產業結構的需求,協助現有產業升級,提升國家整體競爭力外,也須符合國際永續發展與全球化的潮流趨勢,透過跨國界與跨領域之間的合作,培育國內深具潛力的人才,發展符合全球未來所需技術。

民國99年以來,當時國科會努力推動跨校與國際合作,並透過不同方式引導學界改變固有觀念,例如參考歐美先進國家,以資源集中的方式,補助前15%的頂尖研究,以帶動其他85%的研究能量。當時國科會規劃「補助在臺成立跨國頂尖研究中心計畫(試辦方案)」,特別設計了三方合作的機制,也就是由科技部(國科會)、申請學校及國外合作單位共同投入資源,希望透過這種全新的合作模式,充分激發我國的研究能量,以搶先取得具原創性的關鍵研究或技術突破。

第一期的五年計畫,預計三方投入總金額為新台幣15億,投入的相關資源除了用來建置基礎研究環境之外,也將透過人才培育機制,培養更多國內的優秀人才,讓資源的投入產生最大效益,並期待藉由這種跨國、跨校及跨單位的合作方式,提升研究成果實用面的價值與貢獻。

經由本計畫,預期將可大幅提高我國基礎科學與關鍵技術的創新研發水準,並透過與國外一流大學、著名學術機構及世界百大企業的合作,整合豐沛的研發資源與能量,以吸引國際一流人才進駐。因此,本計畫的重點精神不在於競爭,而是在於培養未來優秀的人才,除了要求國外合作單位以較長期的方式派員進駐國內研究中心外,也將薦送國內深具潛力之教師、研究人員及研究生赴國外合作單位共同進行研究,以實質交流合作的方式汲取國際經驗,並透過團體合作的機制激勵年輕學者提升研究實力,以提高國際能見度和強化學術影響力。

人才是國家未來發展的最大基礎,對於吸引國外人才及培育國內優秀人才的責任,本會責無旁貸。我們期望透過本計畫各項機制的設計,能更有效及更合理地進行資源分配,讓國內頂尖的學術研究能有機會更上一層樓。

創新研究中心 背景介紹

(一)合作計畫源起

過去十幾年來,將人與人互相連結起來的網際網路(Internet)之興起,全面且徹底地改變了人類的生活型態。我們很容易可以想像,如果所有的物件或機器也都可以彼此互相連結的話,那麼世界的各種層面,例如節能減碳、智慧運輸、健康照護、糧食供應、防災防恐、智慧生活空間等,都可獲得巨大的改善!這種萬物互連的網路叫做物件網際網路(internet of thing,IOT)或機器連機器(machine-to-machine,M2M),以有別於習知的將人與人互相連結起來之網際網路。很明顯的,萬物互連的網路(機器連機器網路)所牽涉到的物件之數量,將比現在將人們互連的網際網路所涉及的人數多上幾個數量級,因此在往後幾十年,學界研究人員和工業界將面對極為嚴重而待解的科學與技術上問題,且將繼網際網路後啟動另一波的資通訊科技的革命(圖一參照)。有名的哈柏(Harbor)研究報告預測,「M2M將驅動人類商業歷史上最大的有機成長契機。」為了讓幾十幾百億的物件或機器能彼此互連,或甚至在無需人類介入的情況下能彼此互動,人類將面對極為嚴峻的技術上挑戰。有鑑於此,美商英特爾(Intel)與臺灣大學,在國家科學委員會的協助下,攜手合作在臺大校園內設立此一研究中心,以探索並開發出符合未來需要的M2M新技術。

(二)研究領域說明

本中心將挑戰M2M相關的四大關鍵技術:綠能感測平臺(SIGGSP,Green Sensing Platform)、自主重組連結(SIGARC,Autonomous Reconfigurable Connectivity)、情境分析管理(SIGCAM,Context Analysis and Management)以及智慧感測應用(SIGSSA,Smart Sensing and Applications)。以下兹對每一關鍵技術的內容作一扼要說明。

綠能感測平臺(SIGGSP)
綠能感測平臺研究群將研究適用於高階感測網路之智慧型感測節點(而非昔知的灰塵節點)所需涉及的技術、設計、實現及最佳化議題,具體言之乃從以下五項研究展開:

  1. Coding and Analysis Subsystems of Distributed Video Sensors
  2. Energy Harvesting Techniques and their Applications
  3. Low-Power Circuits for Intelligent Sensor Nodes
  4. Heterogeneous Sensor-on-chip in M2M Networks
  5. NOS: The next generation operating system for M2M node

自主重組連結(SIGARC)
自主重組連結研究群的目標,在於開發使機器到機器之間的通訊,有效率且能自主連結之技術,具體言之乃從以下六項研究展開:

  1. Extend the Safety Shield: an Early Warning System for Vehicles
  2. Large Scale Machine-to-Machine Mobile Networking
  3. Autonomous Network Creation and Local Grouping in M2M Communications
  4. Flexible Spectrum Management for M2M wireless networks
  5. Cooperative Information Fusion and Inference
  6. Self-organizing Energy Efficient in M2M Communications

情境分析管理(SIGCAM)
情境分析管理研究群乃站在系統階層上,處理並分析萬物連結的情況下所產生的巨大資料量,同時也須解決跨通訊層時會遭遇到之極具關鍵性與挑戰性的問題,例如資訊管理與安全,具體言之可從以下四項研究展開:

  1. Modeling and Analysis of Large-Scale Heterogeneous Data
  2. Low-cost Public-key Cryptography for M2M using Scalable Coprocessors
  3. A Self-Configurable M2M Management Project
  4. Distributed Anomaly Detection Systems for M2M Applications

智慧感測應用(SIGSSA)
智慧感測應用研究群將從應用面的角度來觀察未來M2M技術所引發的的挑戰,並進而著手解決之,具體言之可從以下四項研究展開:

  1. M2M Sensor Fusion for Adaptive Driver Warning Systems
  2. MCHESS : M2M-based Context-aware Home Energy Saving System
  3. Development of a Remote Ecological Monitoring System
  4. Machine-to-machine application of Telehealth using automatic electrocardiographic analysis system by digital signal processing methods

為聯結科技研究成果與商業策略之實行,本中心特設置一商業管理學門之計畫:

Facilitation of Technological Innovation and Entrepreneurship

(三)主要團隊成員、核心技術、及過去重要實績

為了有效率地推動M2M研究,本中心設置來自臺大的中心主任以及兩位副主任(一位來自英特爾,另一位來自臺大)來負責執行中心每日的日常運作。中心主任為臺大資訊系主任許永真教授,負責規劃中心使命、研究方向、目標及統合團隊,中心的M2M研究團隊則分為四大研究群,每一研究群由一研究群主席所領導:綠能感測平臺(Green Sensing Platform ,GSP)由臺大電子所張耀文所長領導,自主重組連結(Autonomous Reconfigurable Connectivity ,ARC) 由臺大電信所陳光禎所長領導,情境分析與管理(Context Analysis and Management ,CAM) 由臺大電機系黃寶儀教授領導,以及智慧感測與應用(Smart Sensing and Applications ,SSA) 由臺大網媒所洪一平所長領導。

(四)願景

結合頂尖國際公司Intel及臺灣學術界龍頭臺大雙方研發能量,我們將以打造一具突破性創新研究氛圍的世界頂尖M2M實驗室為願景。

跨國頂尖癌症研究中心 背景介紹

一、引言

癌症一直以來是我國十大死亡原因的首位,並為全球人類所共同面臨的嚴重疾病,近年來罹癌患者年齡層有逐年下降之趨勢,癌症防治就成為近代醫藥研究最嚴峻的挑戰之一。因此,世界各先進國家均投入相當的人力、物力,積極尋求突破。本計畫的目標在於整合三大頂尖癌症中心,包括臺大醫學院、中國醫藥大學暨醫療體系及美國安德森癌症中心,進行積極且多元化的多邊合作關係,以期建立世界級跨國合作的癌症研究中心。透過發現癌症新標記 (Biomarkers)、研究分子致病機轉、探討訊息傳遞網路及代謝體(Metabolomics) 的分子機制,進而發展新穎的標靶治療藥物以便為未來新穎的臨床試驗鋪路。此跨國合作的癌症研究中心之終極目標,將提升臺灣的癌症研究至國際一流水準,並預期對於早期癌症的偵測率及癌症病患的存活率具有具體的貢獻。本計畫整合了臺大醫學院和中國醫藥大學暨醫療體系的癌症研究團隊,以達成「建立世界級一流癌症研究中心」為目標。因此與安德森癌症中心成立的跨國頂尖研究中心,其研究領域規劃係依據既有雄厚堅實的研究基礎,進而將基礎研究成果協助發展新穎治癌藥物和新診斷技術之臨床醫療系統,使得此跨國研究中心具備足夠的潛力成為世界級頂尖的癌症研究中心。在“bench to bedside”的研究方面,以探討癌症的分子機制為主,研究領域囊括了基因體平台、代謝體平台、訊息傳遞網路平台、藥物設計生物資訊平台、藥物篩選平台、抗癌藥物之動物模型、分子流行病學平台、幹癌細胞平台、生物標本庫等,期許能協助發展新穎的標靶基因、治癌藥物與診斷技術。在“bedside to bench”的研究方面,以雙方「癌症卓越研究中心」為主,以解決腫瘤患者臨床治療所遭遇的問題為宗旨,如抗藥性的產生、癌症轉移、癌症復發、治療導致的嚴重併發症等,以能發展個人化醫療自許。

二、計畫總目標

  1. 找出腫瘤形成、遠端轉移及抗藥性的新穎分子機制,尤其是具有東西方種族差異的癌症種類。
  2. 找出具有藥物研發潛力的標靶分子與路徑。
  3. 發展腫瘤偵測指標及有效治療策略,改善癌症病患預後情況。

智慧機器人及自動化國際研究中心 背景介紹

一.中心簡介

21世紀初,全球經濟典範大幅移轉,由產業經濟轉移至知識經濟。擁有實體資源的國家或企業不再擁有絕對的競爭優勢,反而擁有創新能力與整合系統知識能力的國家與企業建構出新的競爭優勢。尤其智慧機器人及自動化創新服務應用的發展已優先列為歐美、日韓等先進國家下一波競爭力最重要指標之一。

智慧機器人及自動化產業為高度跨領域,整合精密機械、電機電子、資訊通訊、自動化等基礎科學與應用技術、其產業關聯效果相當龐大。具備火車頭產業特性,應用領域廣泛包含:傳產製造、高科技製造業、綠能產業、營建工程業、醫療照護產業、觀光產業、交通運輸產業、精緻農業等。臺灣具有智慧機器人及自動化產業發展之優勢:如(科學園區/工業園區)包含有光電科技、半導體IC設計、控制與感測器、工業設計、快速模具、產品製造以及網路通訊等完整上、中、下游的產業供應鏈,利於智慧機器人及自動化產業之深耕發展。

為智慧生活加值,提升生活品質,智慧機器人及自動化學術及技術創新服務及數位內容應用發展為國家競爭力最重要指標之一。歐美日等先進國家及韓國均將此領域排入國家高優先順序投入大規模研究及研究發展經費。國立臺灣大學在智慧機器人及自動化領域之研究規模及成就已有相當好的基礎,已成立跨五個學院系所相關專業教授之校級「智慧機器人及自動化國際研究中心」,應當積極扮演整合及提升智慧機器人及自動化領域重任且持續追求學術卓越領航並加強技術創新兼顧市場實務應用,協助加速智慧機器人及自動化產業發展。

二.中心合作的國際研究機構

本國際研究中心與三個一流國際研究機構及大學進行國際合作研究計畫-法國國家科學研究中心(CNRS: French National Center for Scientific Research),為法國最大的國家級科學研究機構,亦為目前全歐洲規模最大之前瞻基礎研究中心; 法國國家資訊與自動化研究院 (INRIA: The French National Institute for Research in Computer Science and Control) 在法國和歐洲的科學領域扮演著重要的角色,致力於研究通訊和資訊化的科學技術(STIC);皮埃爾和瑪麗·居禮大學,又稱巴黎第六大學,(Université Paris VI或Université Pierre et Marie Curie,UPMC)是巴黎科學學院和巴黎大學中科學師資的主要繼承者,該校1903年-2008年期間有20位教師獲得諾貝爾獎。

本合作計畫由CNRS為主要代表法方研究機構於臺大設立跨國頂尖研究中心並由法方三個單位首長依科技部(國科會)的規定簽署承諾書(Letter of Commitment),承諾與科技部(國科會)及臺灣大學各出資三分之一經費補助五年計畫執行本跨國頂尖研究中心合作計畫。

三.中心研究方向

本研究中心未來五年將積極進行國家重大尖端技術領航研究,加速提升我國基礎科學與關鍵技術的創新研發水準。透過與國外一流大學、著名研究機構與全球百大企業的合作,整合豐沛的研發資源與能量,推動臺灣與國際頂尖研發人才交流。促進國內經濟突破發展與產業結構之轉型升級,在全球化競爭的大潮流中,全面提升國家總體競爭力。

研究方向主要於認知機器人及智慧自動化的關鍵科技,並以下列三項科技研究為主軸:(1)整合智慧機器人及製造自動化:其模組基礎科技包括-學習及適應、建模、分析及模擬、感知及控制及規劃、人機互動等(2)醫療及健康照護機器人:其模組基礎科技包括-直覺式實體人機互動與介面科技、自動解析人類行為科技、自動理解情感及心理狀態科技、可適用各種尺度的高敏捷性操作、基於感測器的自動化健康資料擷取科技 (3)智慧服務機器人: 其模組基礎科技包括-仿人敏捷操作科技、真實世界3D規劃與探索技術、認知科技、強健感知科技、技能學習技術、安全機器人技術系統軟體(Robot Operation System, ROS)與數位內容介面(APP應用平台)。

四、本中心願景及任務

本國際研究中心願景:發展智慧機器人及自動化前瞻領航技術,提升產業創新全球競爭優勢,普及智能生活。

本國際研究中心任務:將作為產業創新之開放平台,透過六大機能:(1)領航技術(2)創新服務(3)產學合作 (4)技術移轉(5)系統整合(6)創新人才培育及創意競賽,群聚產業關鍵資源與人才培育機制。

本國際研究中心的成立期將發揮國立臺灣大學的資源,以本中心為核心平台承接智慧機器人及自動化產業升級與人才技術擴散,並與國際接軌提升競爭力的使命。 本國際研究中心將整合國內相關大學校院及法人科專之能量對於產業實際發展需要,提供完善的交流平台,以促進跨國跨領域合作,並將新創技術轉化為市場歡迎之產品與服務,結合產業伙伴資源,共同發展商業化的營運模式。期能發揮爆發力綜效, 加速國內智慧機器人及自動化產業科技研究水準發展並協助業界轉型升級提高國際競爭力。

國際頂尖生醫工程研究中心 背景介紹

(一)合作計畫源起

本計畫之宗旨,乃是在響應科技部(國科會)關於 “International Research-Intensive Centers of Excellence in Taiwan”(I-RiCE,跨國頂尖研究中心計畫)之設立,在我國建立一個國際卓越先進生醫工程研究中心。本中心之建立乃基於過去臺灣聯合大學系統(以下簡稱臺聯大)中之國立陽明大學(以下簡稱陽明)和國立交通大學(以下簡稱交大)與美國加州大學聖地牙哥分校(以下簡稱UCSD)在生醫工程方面長期優異的合作研究,然這些合作多是通過雙方教授個人間的合作,較缺乏整合及足夠的經費支持。藉由此次國科會極具遠見的I-RiCE國際合作補助計畫,臺聯大得以和UCSD在我國合作建立一個國際級生醫工程跨國頂尖研究中心計畫,期能更一步增進我國生醫工程研究水準,並更加提昇陽明和交大的國際聲譽和全球排名,從而實現國際學術卓越之遠大目標。

(二)研究領域

本跨國頂尖研究中心將集中在生物醫學工程研究之兩個領域及其轉譯應用:(1)分子細胞及整合生醫工程(Molecular, Cellular and Integrative Bioengineering),和(2)神經工程(Neural Engineering)。研究重點將專注於自工程學的角度,探索生物體各種組織結構與生理功能之關係及其在臨床醫學之可能應用。選擇這兩個重點的原因,乃是基於陽明、交大與UCSD在生醫工程方面之既有學術能量及競爭優勢,以及生物醫學近年來跨領域研究之大勢所趨。(3)健康轉譯(Health Translation)有助於將此兩個領域之研究成果轉譯為人類的健康與福祉之提昇。

(三)主要團隊成員、核心技術、及過去重要實蹟

本計畫主要參與者為臺聯大吳妍華代理系統校長,陽明梁賡義校長,交大林進燈教務長及UCSD錢煦教授,以及上述各校許多在生醫工程領域學有專精的教授。臺聯大的架構,為陽明與交大和UCSD成立跨國頂尖研究中心,提供了相當理想的基礎,在這樣的架構下,在二校中各系所的教師們有很好的交流平台與互動機會,如此更能確立本跨國頂尖研究中心之成功運作。臺聯大將與UCSD緊密合作逹成科技部(國科會)的要求,建立一個世界級的國際頂尖生醫工程研究中心。
陽明和交大過去和UCSD已有很多成果豐碩的合作,這些合作是建立此跨國頂尖研究中心的重要基礎,舉例而言,自2007年起,陽明和UCSD即開始每年輪流舉辦雙邊國際生醫工程研究會,2007與2009在陽明,2008及2010在UCSD。此外,在過去幾年間,交大與UCSD每年有四次互訪,並且已舉辦多次視訊會議。這些學術活動使得各校間教師與學生有許多的交流機會及學術合作。同樣的,這些交流與合作,也為本跨國頂尖研究中心奠定深厚的成功基礎。
在UCSD、IEM和Institute of Neural Computation(INC)最近成立了一個新的研究單位,名為Center of Advanced Neurological Engineering(CANE)由鍾子平教授及William Mobley教授共同領導CANE的成立,在應用工程學及計算機原理,研究神經行為及認知科學上,提供了UCSD與陽明和交大的絶佳合作平台。

(四)未來發展願景

在分子細胞及整合生醫工程方面:(1)希望能開發出更新穎的分子影像工具,期能即時觀測分子間的動態構型變化及其功能之改變,俾能進一步觀測單一細胞及其細胞內胞器生物物理特性的改變;(2)利用生醫工程的跨領域整合研究方式,開發出心臟血管系統及骨骼肌肉系統疾患之嶄新治療方式。在神經工程領域方面:(1)未來冀望能結合神經造影與腦部電生理記錄技術,對社會心理壓力影響認知功能之腦部機制加以澄清,在理論方面提出身體與心智互動之壓力反應模式,在應用方面達到快速、方便而準確地評估個體的心理壓力程度以及認知能力改變的程度;(2)開發之穿戴式與無線乾式電極腦機介面系統,實現在自然環境執行任務下探討複雜的腦功能變化,未來更能應用於預防診斷,與神經性疾病治療和臨床應用上;(3)弱視輔具研發將於三年內小量生產並尋找市場通路及積極參加相關的展示會及研討會,在五年內能完成動物植入及人體試驗前評估,同時再研發電極密度高的視網膜晶片與黃斑部病變的診斷與及時就地治療儀器,同時尋找產學合作的廠商,將產品推入市場。健康照護之轉譯應用研究方面,希望能利用生物資訊學平台來結合生物統計、流行病學及醫學資訊學完成群體健康之目標;另外利用無線電發報技術,傳送病人健康訊息,建立病人健康狀態即時監控平台。對於生醫產業的技術提昇、臨床診斷效率的提昇與醫療資源的節省將有重大的貢獻,更能為健康照護產業提昇更多契機。

(五)研究中心組織架構

本中心之申請機構為臺聯大,代表陽明與交大,將與UCSD IEM及科技部(國科會)共同投入資源,建立國際頂尖生醫工程研究中心。

動態生醫指標暨轉譯醫學中心 背景介紹

一、引言

本動態生醫指標暨轉譯醫學研究中心(CDBTM)是由黃鍔院士領導的國立中央大學(NCU)數據分析方法研究中心與隸屬貝斯以色列女領事醫學中心(BIDMC)/哈佛醫學院(HMS),由彭仲康教授主持的雷研究中心協同成立。
數據分析方法研究中心由美國工程院暨臺灣中央研究院黃鍔院士於2006年成立,旨在增進由黃院士開拓的「可適性訊號分析」領域之研究。黃院士發明的希爾伯特-黃變換(HHT),是一在分析取自非線性和非平穩程序的數據上非常靈活的方法。HHT獲美國航太總署選為最負盛名的Space Act Award之列,並盛讚:「『HHT方法』是美國航太總署有史以來在應用數學領域方面最重要的發現之一。」數據分析方法研究中心的主要目標之一,即是發展HHT方法的理論基礎,並探討其應用。
雷研究中心(全名Margret & H.A. Rey Institute for Nonlinear Dynamics in Physiology and Medicine)是一個跨領域研究機構,隸屬哈佛醫學院主要的教學醫院之一BIDMC。雷研究中心同時也是哈佛-麻省理工健康科學與科技中心(Harvard-MIT Division of Health Sciences & Technology)及哈佛威斯研究中心(Wyss institute at Harvard University)的合作機構。
雷研究中心在生理訊號分析方面長年居於領先地位(該研究中心發表的研究文獻平均每年被引用的次數超過千次)。由世界頂尖的心電圖專家艾瑞.高德博(Ary Goldberger)教授創立,並與統計物理學家和生理時間序列分析專家彭仲康教授共同主持。自2002年起,雷研究中心與臺灣的生物醫學研究學者開始多次合作。尤其彭教授已贊助培訓臺灣的年輕生物醫學研究人員達8位,並於國際重要期刊共同發表了超過 20篇文章。
黃院士與彭教授自1998年起密切合作,在研究生物系統健康和患病狀態的動態特徵上探索新的研究機會。多年來在此領域上已獲得許多觀念和技術的突破。是以我們認為本領域的研究已臻成熟,並預期可在未來5-10年有長足發展,並引領許多轉譯醫學上的創新應用。

二、研究領域

本中心將著重在由黃院士與彭教授的研究團隊近年來發展的技術開創的新研究領域—動態生醫指標。我們將開發具普適性的分析工具,以評估動態生醫指標描述時變特徵(即在正常或患病狀態下,所選定的生理性變量隨時間改變的特有模式)的效果。
動態生醫指標預計將可對導致從分子層級至整體訊號傳遞或調控程序改變的複雜疾病發揮最大用處。對於這些類型的疾病,要監測個體發生某些併發症的危險性或對治療的反應,僅僅針對整體系統的特定分子層級是不夠的。反觀偵測整體控制系統動態的巨觀變量,則能提供重要資訊補其不足。我們預期在複雜疾病及其併發症的治療成效上,可產生整體性的改善。具體工作目標如下:

  1. 發展新的生醫數學分析工具,用以估測某些不易處理,卻遍見於各種動態特徵的生醫參數
  2. 發展一套涵蓋生醫訊號分析各式特定應用的工具
  3. 建立高品質的開放資料庫,用來開發或是測試為研究真實生醫訊號發展出的數學工具效能
  4. 發展一套訓練課程幫助具有潛力的年輕研究學者進入此新興領域

本中心除有許多臺灣其他生醫研究單位的資深學者與本中心成員合作進行研究,應用動態生醫指標的相關技術於臨床重要議題之外,亦獲得BIDMC/哈佛醫學院方多位傑出學者及資源浥注。基於之前長期合作的默契,目前雙方參與人員與資源如下列:

  1. 由BIDMC/哈佛醫學院教授Vera Novak主持的老年昏厥與跌倒計劃(Syncope and Falls in the Elderly Program,簡稱SAFE),探討與老化相關的失能機制。SAFE建置的資料庫現有超過400名患有糖尿病、高血壓、缺血性中風與神經退化性疾病的老年病患生理訊號資料,包括自主功能、腦血流速率、步態與平衡、肌電圖、核磁共振影像、灌流量與血管反應對照圖等等。
  2. 由哈佛醫學院醫學系教授暨BIDMC高年科主任Lewis Lipsitz主持的波士頓老年生活研究(Mobilize Boston Study)。
  3. 由哈佛醫學院醫學系副教授Steven Shea主持的布里根婦女醫院睡眠疾患與生物節律中心(Sleep Disorders and Chronobiology Center),發展用於評估心血管疾病的病理生理機轉對內在節律與睡眠-清醒活動模式的影響的協定。
  4. 由哈佛醫學系副教授Robert Thomas醫師主持的BIDMC睡眠生理研究實驗室(Sleep Physiology Research Laboratory),建置並收集了大量的睡眠生理及病理資料庫。另外Thomas醫師亦可使用包括美國國衛院睡眠心臟健康研究I與II(受試者超過5,000位)、心血管健康研究中150位受試者的心臟衰竭資料、居家嬰兒監測協同評估(Collaborative Home Infant Monitoring Evaluation)以及呼吸中止之正壓長期療效(Apnea Positive Pressure Long Term Efficacy Study)等資料庫。
  5. 由麻省理工學院電機教授與健康科技特聘教授Roger Mark 醫師主持的MIMIC II 計劃,收集了來自BIDMC加護病房臨床監測儀超過30,000筆醫學記錄以及約5,000筆多重訊號波形記錄資料庫。每一筆原則上都記錄病患留置加護病房的全部過程。Mark教授亦為雷研究室之合作成員,且為PhysioNet團隊一員。
  6. 哈佛醫學院聯盟醫療體系(PHS)的基因掃瞄服務(Gene Scanning Service)於2001年建置遺傳與基因體中心(HPCGG),由Raju Kucherla-pati博士領導。HPCGG現有12位專任研究員,包括與BIDMC團隊合作的心血管遺傳學教授Jonathan Seidman醫師。Seidman醫師實驗室專攻導致遺傳性心臟病的基因缺陷辨識,以及定義造成疾病的突變路徑。並建有存放大量心臟病患與控制組資料之資料庫。
  7. 由醫學系副教授Nikhil C. Munshi醫師主持的Dana-Farber癌症研究中心計劃,目標為辨識出多發性骨髓瘤的相關新標靶與抗原,並改進分子治療策略。其轉譯研究所得之資料庫珍貴之處在於其囊括蛋白質體研究、動物實驗以及人體臨床試驗數據。
  8. 哈佛觸媒計劃(Harvard Catalyst Program)是一個泛哈佛大學組織,致力於改善人類的健康。它是哈佛大學的共享組織,其下共有十個學院、十八個學術醫療中心、以及波士頓大學護理學院、麻省理工學院(MIT)、劍橋健康聯盟(Cambridge Health Alliance),哈佛朝聖者保健(Harvard Pilgrim Health Care)和眾多社區夥伴。哈佛觸媒計劃的目標是藉由在整個系統內幫助臨床研究者尋找工具,設備,合作者和專業技能,促進參與機構之間的合作,降低臨床/轉譯研究的阻礙。

臺灣部份,除將整合中央大學數據分析方法研究中心(黃鍔院士、候一釗講座教授暨加州理工學院應用數學系主任)、系統生物與生物資訊研究所(李弘謙國家講座教授) 、及資訊工程系(蘇木春教授兼系主任)中心致力於動態生醫指標建立的理論研究。在臨床運用與推廣上,本聯合研究中心將結合國內醫學資源於下列研究項目:

  1. 心房顫動導管燒灼手術相關研究(臺北榮民總醫院陳適安教授團隊):其團隊成員發展了利用生醫工程技術,分析各種不同心房節律異常的病患其心房組織與量測信號之間的對應關係。同時,陳主任醫師也創立了多個出色的細胞、動物、免疫生化以及臨床生理實驗室,力圖找出能完整解答生物醫學電訊號表現的理論機制。該研究將應用新技術以分析心房顫動的複雜訊號,標定多個造成心律異常的起始位置,並探討其對應的生醫表現。
  2. 放射醫學影像處理分析系統相關研究(臺大醫院廖漢文教授團隊):將著重於開發更好的電腦斷層/分子影像掃瞄技術,以用在血管疾病的診斷上,此一計算機輔助系統將有機會協助放射科醫師縮短判讀時間以及改善診斷正確率。
  3. 心臟衰竭相關研究(臺大醫院何奕倫主任團隊):建立輔助性的資料庫,用來分析使用葉克膜體外維生系統的病患,在短期及長期預後上的重要訊息。以及結合蛋白質體生物標記(proteomic biomarkers)及心率複雜變化的分析,針對末期心臟衰竭病患進行風險分級,並為心臟移植手術進行提供指引。
  4. 即時監測記錄群體血壓技術研究(陽明大學郭博昭教授團隊):預計透過將現有市售的血壓測量器改裝,植入一個極低功率(ultra low power)無線傳輸資料緩衝模組(Radio Frequency Data Buffer module),藉由3G行動通訊、網路與雲端系統的資料庫連結,使受測者能在不改變使用習慣的情況下,自動地將日常記錄之血壓、心率等資料上傳至雲端伺服器。本研究將針對該資料庫進行分析與探討,做為找出中風因子的量化指標。
  5. 生物醫療感測器相關研究(中央大學陳文逸教授、辛裕明教授團隊):將利用國立中央大學現有的陣列式蛋白質與基因晶片設備與研究成果,以及最新光電生物醫療感測器之開發與生產能力建立偵測動態生醫指標之生物醫療感測器技術平台。
  6. 跌倒風險評估暨身體平衡機制改善系統(元智大學謝建興教授、江行全教授;臺大醫院麻醉科范守仁教授、亞東醫院麻醉科林子鏞主任團隊):高齡化社會(Aging society)已經在許多已開發國家逐漸成形。臺灣地區於1993年亦成為高齡化社會。人口老化現象對於整體社會將造成重要的影響與衝擊,其中老人跌倒是目前主要的大眾健康議題。根據衛生署的統計,近三十年來跌倒是造成臺灣地區老人因事故死亡的第二大原因。該團隊將與大醫院合作建立跌倒風險評估以及如何改善身體平衡機制。

國際植物與食品生物科技中心 背景介紹

一、緣起

中興大學(NCHU)為臺灣歷史最悠久之優質大學,為農業發展之重要搖籃,現已成為世界熱帶與亞熱帶農業發展之領導學府。美國加州大學戴維斯分校(UCD)長久以來為美國農業科學之最重要學術研究機關,過去10年皆為世界排名前50名之頂尖大學,尤其在動植物科學、農業科學及食品科技學等領域更位居全球第一之領導地位。基於兩校在農業生物技術上的研發潛力與優勢,特尋求科技部(國科會)的支持,聯合成立跨國性的「NCHU-UCD國際植物與食品生物科技中心」(PFBC),整合NCHU具國際競爭實力之研究團隊,與UCD的相關學者密切合作,互相截長補短,共同利用新穎獨特的基因體資料庫及研究平台、探討重要的生理分生機制,提昇基礎科學研究的速度與深度、並以新穎遺傳工程技術開發具有高價值的生技產品。

二、目的

此研究中心共有四大主題,其中包含植物發育、植物與病原之交互作用、機能性食品以及國際農業技術轉移等研究方向。各研究主題將由NCHU及UCD之卓越研究人員來共同主持,並由博士後研究員、研究生及研究助理來共同執行。執行此研究所需之空間將由中興大學規劃,以提供國際學者進駐。具體做法上,中興大學將設立「功能性基因體研究」平台,整合NCHU具國際競爭實力及能與加州大學戴維斯分校研究強項合作之農業生技重點領域,配合雙方已有之功能性基因體核心儀器設施,以功能性基因分析、重要生理分生機制探討及產業應用為重點,投注主要之經費、人力與物力。所規畫之四個農業生技重點主題,內含五個分項整合研究計畫,以此為架構共同建立加州戴維斯分校的三個重要學系:植物生物學、植物病理學、與食品科技;與中興大學的三個最重要的系所:生物科技學研究所、植物病理學系、和食品暨應用生物科技學系之間的密切合作,以獲得重大學術突破性及現代生技產業之成果。

三、研究主題

本中心目標為尖端基礎研究與高階轉譯生物技術的落實。植物分子生物學之技術,如基因體學、功能性基因體學、代謝體學,和營養基因體學將被用做為主要研究平台,以探討植物發育、植物與病原菌之交互作用、和功能性食品科學等基礎研究。

1.植物發育-種子發育之基因調控機制

本研究焦點為植物發育中種子形成的分子調控機制,作物生產中最重要的反應,此重點在研究控制種子發育的基因調節機制。於種子生物學方面,花青素類黃酮素和種皮的功能及種子發芽有關,故將研究參與該物質生合成之基因,種皮各部位微小RNA的族群種類也將被統計量化。另外,SERRATE (SE)基因在染色體甲基化上扮演的角色將被探索。利用轉基因策略來修改和操作作物種子發育重要的過程,將有助於增加糧食的產量並改善作物品質。

2.植物與病原之交互作用-致病性分子機制與新防治策略

本研究將著重於植物與其病原之交互作用。若是忽略蟲害與病害的防治,作物將無法栽種與收成。傳統的化學防治不僅對環境和人體健康造成嚴重的傷害,而且對於防治因全球暖化而危害日益猖獗的蟲媒傳播之植物病毒顯得徒勞無功。另外,許多的空氣傳播和土壤傳播的真菌和細菌病原造成嚴重危害,也無法以化學方法預防。因此,以分子生物學方式研究植物病毒的細胞與細胞移動和系統性轉移之相容性,生物防治菌之相互作用和真菌入侵分子分析成為重要的步驟,以了解具毀滅性的植物病原的致病機制。我們將進一步以各種植物基因工程的方法透過轉基因策略,應用於改善作物園藝性狀,及發展破壞植物和病原間相互作用的親和性的新病害防治方法,以保護作物並提高其產量。

3.機能性食品-特用真菌與食用植物之功能性食物基因體學與生物技術

本研究重點為珍貴的特有真菌和植物作為功能性食品之基因組學和功能基因組學研究。臺灣特有的珍貴真菌香杉芝Antrodia salmonea早已被用來作為民間療法用於治療各種疾病,其特殊的植物化學物質分子和生理的代謝產物作用機制,將被研究探索並以應用作為目標,開發功能性食品。基因體學、功能基因體學、轉錄體學、和代謝體學,將被用來研究這些真菌的生物活性化合物。以這些藥用蘑菇研製成功能包的產品將有利於公眾健康。此外,將進行其膳食成分對營養基因體學上的表觀遺傳調控的研究。對目標的植物化學物質作用於甲基轉化(transmethylation),藉由修飾組蛋白和異染色質來調整廣泛甲基化和表觀遺傳調控之影響將被探討。本研究的目標是在功能基因組學上轉譯性的應用,並以傳統的生物技術來開發新的功能性食品,以維護人類的健康。

4.國際農業與技術轉移

本研究的重要目的是結合中興大學和UCD的農業科技方面的優勢,進一步協助兩個重要國家,越南和泰國的農業生產,食品和營養系統之發展。為此目的,我們將整合多種生物技術,以提高該地區人民社會和經濟福祉。其主要任務包括:(a)與當地政府機構合作,以評估當前農業狀況與生物技術,(b)尋找適合農業生物技術應用的關鍵區域,以期獲得最大的貢獻與收益,(c)制定技術轉移架構,以期有效轉移農業生物技術至與農業生產有關之適當研究機構,(d)根據既定的需求和已建立之中興大學和加州大學戴維斯分校的合作機構或大學,針對這兩個國家來建立相稱的培訓計劃。本研究可作為一個農業生物技術於發展中國家的應用模式,將對建立全球糧食安全有莫大貢獻。

四、願景

透過科技部(國科會)的補助,和兩校彼此頻繁及密切的合作,我們有信心將促使此研究中心成為世界農業生物科技的領先者,以及植物與食品生物科技的樞紐。本中心亦將以糧食安全為終極研究重點,結合基礎生物科技與新穎基因體技術,致力於熱帶和亞熱帶農業科學領域的研究,產出新穎的技術或產品,以期創造二次綠色革命,緩和第三世界國家糧食短缺的危機。

超級電腦計算研究中心 背景介紹

一、背景介紹

隨著電腦及網路技術的持續進步,在許多需要複雜並大量計算的研究領域中,藉由超強運算能力的超級電腦來做為理論計算的工具,在目前全球的計算環境下已是不可或缺的設備。至今世界各國已將高速運算超級電腦運用於各種國家級的研究單位,如太空、軍事、氣象、經濟、生物醫學等部門。除此之外,許多國外大學也紛紛將高速運算超級電腦做為學術研究的平台,如日本東京工業大學(Tokyo Institute of Technology)、日本東京大學(University of Tokyo)、日本筑波大學(University of Tsukuba)、美國田納西大學(University of Tennessee )、英國愛丁堡大學(University of Edinburgh)、中國清華大學(Tsinghua University)以及德國科隆大學(University of Cologne)等。綜觀全世界的趨勢,對於高速運算超級電腦的設立,並非僅限於國家級研究單位的投入,藉由大學學術單位的參與,亦將可達到相輔相成的最大功效。

現今全世界對於超級電腦所能執行的浮點預算能力,以朝向開發petaflops (1015次/秒)為一個重要的效能衡量指標,這種運算能力意味著什麼?日本富士通公司表示,以10 petaflops的浮點運算能力而言,要模擬運算人類心臟在新藥物作用下的生理反應,利用目前一般的超級電腦需要約兩年的時間,而新的超級電腦能把時間縮短為兩天。鑒於超級電腦對國家發展的重要性,各先進國家已紛紛投入大量的研發經費及人員訓練。成功大學(簡稱本校)目前已預計引入2座第三代藍色基因超級電腦(Bluegene/Q)的主機,整體浮點預算能力約400+ teraflops (400*1012次/秒)。本計劃將與IBM華生研究中心合作,共同進行防災科技、能源科技、生醫科技及光電科技等領域的相關大尺度研究課題。而此國際合作計畫未來的發展目標,也將參與開發計算能力超過20 petaflops (20*1015次/秒)的次世代超級電腦系統。

綜觀成功大學與IBM公司均具有世界級的研發能量,本計畫希望透過雙方的合作,在臺成立「超級電腦計算研究中心」,提升國內在防災科技、能源科技、生醫科技、及光電科技等領域的研究水準,並達世界頂尖之地位。而透過本計畫將有機會培育國內超級電腦專業軟硬體開發及程式撰寫人才。未來,更可以結合國內高科技產業與IBM研發團隊一同參與次世代超級電腦的設計與開發,以提昇我國發展製造超級電腦的能力。

二、計畫對科學之突破

本計畫與IBM華生研究中心團隊共同合作研究,將提升國內在防災科技、能源科技、生醫科技、及光電科技等領域的研究水準,並達世界頂尖之地位。此外,有鑑於現今計算科學軟體大多缺乏整合性,因此我們對於每個尖端研究主題也規劃其「軟體模組系統」,並將進一步開發多重尺度全域計算軟體,預計將可成為軟體設計上的新突破點,且勢必會產生更多的科學創新性。最後,藉由超級電腦來開創跨領域計算研究,不但可培育國內技術人才,也將協助現有產業升級,提升國家整體競爭力。

三、未來發展願景

本計劃的發展遠景將分為近、中、長程等三個階段,如下所列:

近程方面:

  1. 與IBM華生研究中心團隊進行雙邊研究合作
  2. 爭取產學研發案

中程方面:

  1. 參與藍色基因超級電腦聯盟(BlueGene Consortium)
  2. 開發全域計算軟體
  3. 輔導軟體公司設立

長程方面:

  1. 整合國內Cluster及超級主機並拓展臺灣高速計算雲端科技服務
  2. 推動六大新興產業與四大智慧型產業

國際波動力學研究中心 背景介紹

(一)中心簡介

國際波動力學研究中心(International Wave Dynamics Research Center, IWDRC)在科技部(國科會)經費挹注下,以及成功大學和俄羅斯合作研究團隊共同出資共五年﹙2013年~2017年﹚三億台幣之研究經費進行跨國頂尖波動力學之基礎研究與應用研究。

IWDRC中心已於2013年3月6日正式在成功大學安南校區研究總中心大樓2樓揭牌啟動。IWDRC中心係由成功大學水工試驗所 (THL)、成功大學海洋環境及工程技術研究中心 (RCOET)、俄羅斯的莫斯科國立大學(MSU)、俄羅斯國家科學院普通物理所波動研究中心(GPIRAS﹐RAS)以及俄羅斯國家科學院海洋研究所(IORAS﹐RAS)等5個單位共同成立,基於其專注於頂尖波動力學之基礎研究與應用研究,國際波動力學研究中心將以高深之研究能量及足夠之研究設施提昇此一臺俄跨國整合之國際研究中心,依據整合研究及未來發展之需求,國際波動力學研究中心之組織架構規劃為三個研究群,即:非線性波動過程理論數值研究群、非線性波動過程實驗研究群、海洋雷射與聲波探測研究群。而在此一架構下除與俄羅斯之學術研究合作外,未來亦會積極納入整合與歐﹑美﹑日等頂尖大學擴大研究合作。達到跨國頂尖研究的目標。

(二)計畫源起

國立成功大學水工試驗所 (以下簡稱成大水工所,THL) 與國立成功大學海洋環境及工程技術研究中心 (以下簡稱成大海洋中心,RCOET) 過去一直致力與歐、美、日等先進國家進行學術研究交流,以強化自身國際視野並提昇國際聲望。2008年~2011年更與俄羅斯進行多項實質學術合作,彼此建立深厚的情誼與信任關係,並從中獲取許多寶貴的經驗與技術。此外,成大水工所於2002年~2005年所進行之“斜坡上非線性波浪傳動特性之研究”(The characteristics of Nonlinear Wave Transformation on Sloping Bottoms), 乃係在教育部推動追求學術卓越研究計畫的支持下,在2002年~2005年3年期間內進行一系列的研究,包括:(1)前進波之非線性調變,(2)群波之傳動,(3)亞重力波之演化及(4)碎波與相關流場研究,就已成功將臺灣在非線性波浪傳動演變特性的研究領域提昇至國際一流的水準。同時自2002年至2005年期間由教育部所推動之研究型大學整合計畫,也促成了成功大學與中山大學在研究資源及研究能量之結合,完成「海洋環境及工程技術研究中心」之設置,藉由成功大學與中山大學在海洋工程、海洋環境科學、海洋生物科技與水下技術偵測之專長相互結合,已建置完成多項核心設備,不論在硬體的研究設備及軟體的資源建立均已達到世界一流的規模與實力。乃自2006年教育部推動五年五佰億計畫迄今,則更延續成大海洋中心在海洋環境及海洋科技領域之拓展機會,更進一步邁向卓越與頂尖並朝國際化落實國際跨國頂尖研究中心設立之推動。

有鑑於此且植基於2008年~2011年這三年與俄羅斯合作的堅實基礎,為進一步強化臺灣與俄羅斯之間的學術研究關係,並建立參與國際實質研究合作計畫平台,成大水工所與成大海洋中心計畫於國立成功大學內建置一跨國研究中心-國際波動力學研究中心(International Wave Dynamic Research Center, IWDRC),該中心主要功能為促進波浪力學基礎研究與應用研究之國際合作。國際波動力學研究中心的研究團隊主要成員整合來自於臺灣的成大水工所與成大海洋中心及來自俄羅斯的三大研究團隊,包含莫斯科國立大學 (Moscow State University, MSU)力學及數學科學院、俄羅斯國家科學院普通物理所波動研究中心 (Wave Research Center, General Physics Institute, Russian Academy of Sciences, WRC GPIRAS) 與俄羅斯國家科學院海洋研究所 (Institute of Oceanology of Russian Academy of Science , IORAS)。

國際波動力學研究中心成立初期以成大研究團隊及俄羅斯研究團隊為主,並將延攬國外相關領域頂尖研究學者加入本跨國研究中心。待研究中心累積一定研究成果與聲望後,未來則希望整合納入更多國內外研究團隊,進行研究能量更龐大的跨國性全球研究,以期成為國際知名頂尖研究中心。

(三)計畫內容

當今世界人口激增、耕地銳減,陸地資源幾近枯竭,環境狀況更趨於惡化。眾多有識之士預見這些危機,已把目光再次投向海洋,蓋因全世界面臨的人口、資源及環境三大問題,幾乎都需從海洋中尋找出路,故許多知名科學家、政治家異口同聲地稱21世紀為「海洋科學的新世紀」。而海洋機理中蘊含了高非線性藕合的波動過程,且肇因於今日之極端氣候變遷,使得海洋高非線性波動現象更需以跨界 (跨校、跨國、跨領域) 之先進且現代之理論、實驗及前瞻頂尖之現場觀測技術進行更系統性之推演與分析,以瞭解以往尚未被掌握的各種波動現象。

基於上述原因,國際波動力學研究中心主要研究領域將集中在水文物理、海洋動力學、聲學、大氣與海洋的雷射遙測,以及發展高技術的海洋觀測系統。現今的任何世界頂尖研究中心的研究活動都必須考慮到「實用性」,為此,一個傑出的研究中心必須能促進與加強業界(區域、國家與全球)和學術界之間的關係,國際波動力學研究中心亦不例外,藉由其跨界與跨國研究中心的特性,整合各領域的學術與應用研究成果,將有助於雙邊互動的發展,使得學術與實務能相互接軌。

依據整合研究及未來發展之需求,國際波動力學研究中心之組織架構將規劃為「非線性波動過程理論研究群」、「非線性波動過程實驗研究群」、「海洋雷射與聲波探測研究群」三個研究群,其主要研究課題如下所列:

  1. 非線性波動過程理論研究群:
    以理論或數值模式分析上層海域與大氣間的波動演化過程。
  2. 非線性波動過程實驗研究群:
    以成大水工所及成大海洋中心的世界級試驗設備為基礎,藉由整合試驗量測觀察與理論分析,將獲致頂尖的非線性波浪過程研究成果。
  3. 海洋雷射與聲波探測研究群:
    然由於本跨國研究中心之近中程目標為達成世界頂尖研究中心,而長程則以持續維持在國際一流領先群為目標。為使目標具體可及,未來2013年~2017年5年期間之研究整合重點如後:

(1) 以Benjamin-Feir不穩定機制探討表面波浪的動力串級生成

(2) 海洋中極端波浪之特性研究

(3) 表面波與正逆向水平速度梯度流的非線性互制研究

(4) 臺灣海域之海嘯監測、預警與海嘯風險評估

(5) 海洋監測自動化爬行纜線監測剖面儀技術之研究與發展

此外,為能增進及落實技術轉移俄方之尖端海洋探測關鍵技術,並能與我國現有之工業合作計畫重點策略之海上國防領域引進重點項目相結合,即:

(1) 引進聲納目標識別能力技術。

(2) 引進通訊系統整合技術。

(3) 引進聲納研製。

(4) 引進無人載具遙控系統。

因之,國際波動力學研究中心未來於2013年~2017年5年期間除進行前述“非線性波動過程理論研究群”、“非線性波動過程實驗研究群”及“海洋雷射與聲波探測研究群”所規劃之重點整合型研究外,亦規劃依循如下兩項之執行準則肩負積極推動工業合作計畫之爭取,冀期臺灣真正能獲得尖端海洋探測關鍵技術並擁有自行製造之能力。

(1) 經由技術移轉,引進關鍵技術。

(2) 藉由共同合作研發,擴大與精進本土研究發展。

而有鑑於水中聲學追蹤定位系統係一尖端高科技關鍵技術,其機密性及敏感性以現有臺灣之外交處境較難獲得此關鍵技術移轉之管道。曾經亦為一世界超級強國之俄羅斯具世界頂尖之水中追蹤定位技術,今成大研究團隊已成功取得俄羅斯合作研究團隊之協商管道。未來在國際波動力學研究中心的架構下,積極與俄羅斯合作交流將為提升我國水下技術最經濟有效之捷徑。而目前台、俄雙方研商未來推動之工業合作計畫將首先鎖定『高精密度下水中追蹤定位系統之設計與研發』(如圖所示)進行相關之關鍵技術研發,其架構之研發重點簡列如下:

(四)中心組織架構

國際波動力學研究中心將由成大校長 黃煌煇教授擔任總計畫主持人,並分別由成大水工所所長 陳陽益教授(負責理論研究群)、成大水工所國際合作與研究發展組組長 楊瑞源研究員(負責實驗研究群)與成大海洋中心主任 方銘川教授(負責海洋探測研究群)擔任共同主持人。俄方計畫主持人則由俄羅斯國家科學院海洋研究所所長R. I. Nigmatulin國家科學院院士擔任,並由俄羅斯國家科學院普物所波動力學研究中心主任F. V. Bunkin國家科學院院士擔任俄方共同主持人。中心下轄三個研究群,分別為:

  1. 非線性波動過程理論研究群
  2. 非線性波動過程實驗研究群
  3. 海洋雷射與聲波探測研究群

(五)未來發展願景

本研究中心之近中程目標為達成世界頂尖研究中心,而長程則以持續維持在國際一流波動力學研究領先群為目標。

此外,作為廿一世紀的頂尖研究中心,其中一個主要任務乃是創造出提昇與強化人類生活品質的有用知識,故其所衍生的成功且實用之研究成果,必然為足以令人振奮且具備知識性的價值。國際波動力學研究中心自許未來能成為世界頂尖的研究中心,自亦無可例外,基此,本中心未來發展之更深遠願景為:

-參與不同波動力學科技研究領域,以獲取基礎研究與應用研究的實用成果,並由學術研究中所汲取而得的新知識,作為後續之延伸與應用,使其成為真正的知識,以進一步提昇臺灣在國際頂尖波動力學研究的競爭力。

-為強化國際學術研究交流活動及擴大國際視野,國際波動力學研究中心亦將積極參與國際學術活動並與更多國際研究機構合作,以增進本研究中心在國際間的聲譽。

國際頂尖異質整合綠色電子研究中心 背景介紹

(一)合作計畫源起

臺灣半導體產業每年付出巨額的權利金及技術授權金,導因於缺乏前瞻的自主技術。值此半導體CMOS主流技術步入20奈米以下之新世代,異質材料整合半導體技術之難度,無論在先進製程技術及設計研發方面,均面臨Intel、Samsung等強大對手競爭。

本跨國頂尖研究中心之建立,乃基於過去國立交通大學在半導體領域的斐然成就,以及美國加州大學柏克萊分校電機與資訊科學系(UCB EECS),在固態電子工程領域優異的創新研究成果,本研究中心為求雙方之學術研究能更上層樓,並提升國際競爭力而共同設立,算得上是兩校拓展實質合作邁向另一個里程碑。藉由此次科技部(國科會)前瞻性的I-RiCE國際合作計畫之推展,交大獲得和美國加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)在臺灣合作建立一個國際級奈米電子領域的跨國頂尖研究中心計畫,期許能更一步增進我國半導體領域研究水平,同時更加增進雙方微電子領域在國際的知名度,使得交大的國際聲譽和世界排名得以提昇,從而實現國際學術卓越之遠大目標。

合作的方式及願景分別是: 整合UC Berkeley 及交大整體資源,結合理論與實作,藉此進行半導體異質介面整合(heterogeneous integration)之創新研究,培育更多研發人才,發展下一世代的CMOS核心技術。同時,若能將研發成果成功地技術轉移至產業界,當可迎頭趕上國外大半導體廠的技術水準,扭轉國內過去在半導體業大多停留在技術開發的層次,以開創新局。

(二)研究領域說明

本計畫的研究主題為後矽世代異質整合綠能電子,為解決及延續Moore’s Law的選項之一。2000 年起,CMOS 技術跨入90 奈米世代之後,已經歷幾個世代(generation)。為解決Moore’s law,學術界及工業界發展90奈米至目前20奈米的CMOS基本技術,均以平面電晶體(Planar transistor)矽基半導體為基礎。20奈米以後的CMOS 元件如何達到國際ITRS 技術藍圖,當元件繼續微縮面臨物理極限時,各世界級公司及半導體大廠,現正思考研究下一世代的CMOS IC 使用的電晶體替代架構,並致力於尋求未來可以取代以往完全矽基半導體的高速邏輯元件(Logic element)核心技術,主因是看好未來龐大的電子高科技產業市場如CPU、手機、繪圖晶片、多媒體IC、無線通訊等。一般來說,這個電晶體替代架構,目前傾向於電晶體結構的改變或異質結構的整合(heterogeneous integration),前者為16nm 以下已有發展三維元件FinFET(鰭式電晶體)的共識,後者則發展三五族與矽基片的異質整合技術(III-V on Silicon),以配合未來更小尺寸超大型積體電路設計應用所需。

本跨國前瞻異質整合綠色電子研究中心之研究主軸,為後矽世代(post-silicon)前瞻之綠能半導體相關技術之研究。以矽基板為基礎的III-V on Silicon 異質整合技術為中心,進行低電壓操作、低漏電、低功耗(省電)、高速操作的元件設計及製程整合等的研究。三大研究主軸,分別為:(A) 化合物半導體與矽鍺異質材料整合技術研究;(B) 異質整合(Heterogeneous Integration)前瞻元件技術開發與設計;(c )元件及電路可靠性、整合模型開發。研究層面包含材料成長、元件製作、可靠性到元件與電路整合的示範,提供未來世代III-V on Silicon異質整合互補式金氧半電晶體積體電路(CMOS IC)的實作基礎,以提升未來5至10年內電子高科技產業所需的半導體核心技術。

(三)主要團隊成員

交通大學團隊:

成員 姓名 研究專長
主持人 張翼 III-V族高頻元件在無線通訊應用
III-V族量子井場效電晶體(Quantum-Well FET)
數位邏輯與高功率綠能元件應用
共同主持人 莊紹勳 互補式金氧半導體(CMOS)元件
快閃記憶體(Flash memory)、可靠性物理
主要研究成員 簡昭欣 III-V族與矽材料的製程、奈米元件製作、奈米微晶粒非揮發性記憶體、可撓式電子元件、染敏太陽能電池
主要研究成員 劉致為 Ge NFET、3D Gate All Around Ge FET、MIS(金屬-絕緣層-半導體)穿隧式矽發光二極體、MIS穿隧式光偵側器
主要研究成員 林鴻志 多閘奈米線電晶體製作與分析、SONOS非揮發性記憶體、金屬氧化物電子元件
主要研究成員 陳冠能 三維積體電路
主要研究成員 蘇彬 奈米記憶體元件、分子電子元件、奈米製程技術、半導體元件物理
主要研究成員 溫瓌岸 積體電路與系統、數位通訊、電子電路設計
主要研究成員 黃國威 射頻積體電路技術、高頻元件特性分析及模型化技術、射頻/微波積體電路測試技術、微波/毫米波元件測試技術

UC Berkeley團隊:

計畫主持人為胡正明教授,為美國國家工程院院士、中央研究院院士,曾擔任台積電首任技術長(2001-2004);其所發明之FinFET結構更為國際級大廠所應用,如Intel、TSMC、IBM及Samsung等。其所帶領之UC Berkeley研究團隊之研究主題涵蓋了: (1)Advanced CMOS Devices and Circuits (FinFET based SRAM), (2) Advanced Processes and Materials for CMOS, (3) CMOS Compact Device Modeling, (4)Green Transistor Technologies (Tunnel Transistor, Negative Capacitance Transistor)。

(四)願景與未來展望

(1) 於國內培養國際級之研發人才、提昇競爭力

這些異質材料整合、新穎之綠能半導體工程以及電子電路模型之相關研究,將同時在臺灣的交通大學、臺灣大學以及UC Berkeley、日本東京工業大學(TIT)進行,未來將安排三方研究生的短、中期移地研究以及雙方教授的不定期互訪、演講、討論等;於此過程中除了可分享學術研究的經驗,亦可培養參與學生的國際觀。更重要的是,在參與合作研究之過程中,潛移默化,可為國內培育出未來的菁英,逐步建立國際級之研發實力。

(2) 與產業接軌,真正落實於產業應用

世界晶圓代工業龍頭台灣積體電路製造股份有限公司(TSMC),對於本研究中心下一世代電子元件相關技術非常關注,亦將參與研究來補足其相關研究的不足。

除此之外,國際大廠美國先進科材股份有限公司(ATMI)亦對本研究中心目前進行之研發議題相當感興趣,亦承諾將提供化學品,共同研發下一代III-V/Si整合所需之CVD氣體及表面鈍化化學品、CMP表面清洗等所需之新一代化學材料。

學習科學跨國頂尖研究中心 背景介紹

(一)合作計畫源起

學習科學(learning sciences)意指以科學化方法探討學習議題,研究的工具包括傳統的行為以及認知科學方法、腦功能儀器,以及教育科技,研究的內涵包括探討學習歷程、測量學習成果,與提供支撐個人化學習的環境與科技。目前學習科學研究主要關切的議題是閱讀、第二語言學習、數學計算,也逐步納入與學習相關的社會認知功能(如情緒、臉孔辨識)、科學學習等項目。

近年來,國立臺灣師範大學逐步由師資培育大學轉型為綜合型大學,因應國際潮流,轉以終身學習、人文、藝術、文創,與學習科技等領域為發展核心。2011年獲得教育部邁向頂尖大學計畫的支持,以「華語文與科技研究中心」、「科學教育研究中心」為發展重點軸心,開始啟動新一代的學習科學研究。

美國賓州州立大學(Pennsylvania State University)為國立臺灣師範大學之姐妹校,兩校長期以來致力於專業師資培育及教育研究,在課程與教學、科學教育、資訊科技基礎研究、華語語料庫、數位華語教學、學習與評量、網路科學、人工智慧等方面各有所長。透過科技部(國科會)頂尖中心計畫的支持,賓州大以及臺師大雙方決定共同成立「學習科學頂尖研究中心」,以學習領域中的語言(第一語言及第二語言)和科學作為主要內涵,以行為、認知歷程和神經科學取向探究學習歷程的方法,並以學習科技支援學習科學的研究和應用,應用於教育實務,藉此突顯本土學習科學的特色。

(二)研究領域說明

中心將以三大研究領域為發展主軸:語言科學、科學學習及學習科技,其內容茲敘述如下:

語言科學

雙方將以華語及英語為母語、華語及英語為外語/第二語言的學習與教學歷程為研究焦點。主要的發展目標是建立智慧型語言學習平臺,透過兩校的合作進行語言習得以及閱讀發展的跨語言(cross-language)比較,以及進行不同母語者以華語或英語為外語(L2)的學習歷程比較,其研究結果可以協助建立L1/L2共存的語言訊息處理模型。臺師大已經建立能力導向之全方位華語學習(COOL Chinese)平臺,將以COOL Chinese的學習平臺為參考架構,發展華語、英語的能力以及認知診斷工具,並加入微觀發展(microgenetic)研究的概念,記錄個人的語言學習發展歷程。根據所收集的語言能力及認知的資料,建立能力發展的演算邏輯,再運用學習科技之技術開發,建構智慧型數位教學系統。最終目標是建立一個完善的學習管理機制,深入了解個人的語言學習成長狀況,建立學習歷程檔案。

科學學習

中心將植基於資訊科技輔助科學學習的深厚研究基礎,建置第二代智慧教室(Smart Classroom 2.0),使學生可透過虛擬實境與同儕一同探究生活中不易實際觀察的科學現象,教室中的系統將自動辨識與追蹤學生的學習狀態,即時給予適切的輔助與回饋,著重於有效提升學生的科學推理(reasoning)與論證(argumentation)的能力。以科技導入科學學科教學知識能力指標(Content-Specific TPCK Indicators),建立第二代智慧教室科學教學模式及科學師資培育模式,進而提升科學教師進行科學教學實踐的能力。

學習科技

學習科技作為整體計畫的技術核心,其主要議題有三個面向:一、為語言學習科技,將以華語的教學與學習的需求,根據語言學習者的特性,架構數位學習環境。中心以發展實際應用於新一代華語教學環境所需的基礎資訊科技,建立能引領華語學習數位的資訊技術平臺為目標。二、科學學習科技,數位科技的發展使得學習者已習慣經由網路與數位多媒體的管道,搜尋及接收多元科學學習內容,電腦新科技的發展也使教學有了更多發揮的空間,僅單純針對教學內容進行數位化,已無法滿足目前教學與學習的需求。發展因應不同的教材與環境的應用需求的科學學習科技,未來將開發三項科學學習科技技術:虛擬實境/擴增實境、個別化科技,及行動科技等,是本議題的首要目標。三、建構教育雲平臺,結合網路服務、雲端儲存及應用技術建立一套通用性的平臺,並依據各議題需求開發軟體及內容服務已是未來發展的趨勢,未來將開發三項教育雲之技術:單一入口、高速運算處理及學習歷程記錄。平臺的單一入口化,夠降低使用平臺的複雜性、便於操作,也能透過平臺提供的認知診斷、能力檢測及適性化補救教材等功能,了解個人的學習成果提供適當的補救以強化個人的學習成效。運用教育雲的儲存及資料管理能力可以記錄個人學習檔案(e-portfolio),讓學習者了解自己學習進程,也讓教師易於追蹤學習者的學習歷程。此外,透過大量記錄學習者的學習資訊,可運用資料庫技術快速地搜尋與探勘,並應用雲端計算的高速運算能力分析提升研究效率。

(三)主要團隊成員、核心技術及過去重要實績

本中心團隊兼具研究能量與國際能見度。計畫主持人臺灣師範大學校長張國恩教授曾榮獲國科會甲種獎、傑出研究獎等多項獎項,近年來致力於研究電腦化概念構圖系統之設計與在閱讀上的應用、網路化學習及語文數位學習,已開發之學習工具達17種。兩位計畫共同主持人分別為鄭錦全院士與宋曜廷教授;鄭院士為著名的語言學學者,獲選為第二十三屆中研院院士(academician),於計算語言學、漢語方言學及數位典藏與數位學習等領域多有貢獻,其「詞涯八千」理論從中文出發,並已在英文得到印證,從計量的觀點來解釋人類的語言認知能力,並且以電腦進行跨語言的語言計量的研究,希望找到「人腦處理詞語的涯邊盡頭」。宋曜廷教授是臺師大邁向頂尖大學計畫辦公室執行長,與心理與教育測驗研究發展中心主任,曾榮獲國科會多項學術傑出獎,目前正進行能力導向之全方位華語學習、科學教育研究發展白皮書與國家科教素養規劃等計畫,其開發的文本可讀性指標自動化分析系統對於閱讀教育有極大的貢獻。

(四)願景

本中心的宗旨乃以發展學習科學之語言科學、科學學習以及學習科技等領域研究為主要目標,未來短期與中長期發展規劃分述如下:

短期而言,旨在整合兩校各自的學術資源,與對方合作單位簽訂實質的研究計畫契約,達成發展國際合作的目的。產學合作上,預期將本中心開發之數位學習平臺系統商品化;學術出版方面,將與賓州州大語言科學中心共同出版華語語言發展與閱讀研究之中、英文專書,並建立華語學習之語言寫作語料庫。

中長期目標以帶動產業界、影響社會、與社會政策改變為目標。華語學習上,藉由推廣華語學習策略、行銷華語數位學習平臺,以提供廣大學習者使用;教學策略層面,將本中心開發的語言雲端科技學習平臺結合心理與教育測驗研究發展中心、國家測驗與評量中心之策略與運作,共同引領全球學校在教學策略上的影響與改變。國際化面向,本中心將持續拓展跨國合作研究網絡,延伸各領域之研究主題與方向,提高整體研究之質量,逐步發展成為世界頂尖研究中心;透過與世界頂尖大學進行策略性結盟,推展學習科學相關議題之國際性整合計畫,以建構堅實的學習科學之研究基礎。

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