天天新消息丨纖維機器人、柔性傳感材料，華中大教授團隊提出一種基于多功能纖維的健康智能體

7月12日，華中科技大學運動與健康智能化團隊陶光明教授、陳敏教授和北京體育大學洪平研究員團隊在《Advanced Materials》期刊上發(fā)表題為?Multifunctional Fiber-Enabled Intelligent Health Agents?的展望論文(Perspective)，提出了一種基于多功能纖維的健康智能體，它具有自主性、主動性、智能性和感知性等特點。根據(jù)醫(yī)療領域和日常生活對醫(yī)療健康的需求，從材料科學、醫(yī)學和計算機科學的角度總結了智能代理驅動的健康監(jiān)測、治療、保護和微創(chuàng)手術四個主要方面。最后，文章展望了健康智能體與人類健康相關的未來情景。

研究背景

(資料圖)

隨著健康中國行動戰(zhàn)略的推進，健康技術正在逐步占據(jù)頂層設計的重要位置。近年來，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、材料科學等多學科交叉的智慧醫(yī)療和精準醫(yī)療的快速發(fā)展，為醫(yī)療設備的智能化與數(shù)字化提供了更多的發(fā)展機會。然而，被廣泛的使用的笨重且僵硬的醫(yī)療健康設備會讓用戶在保護、診斷、手術和治療過程中感到不適。相比之下，由于其靈活的形態(tài)和強大的適應性，纖維可以通過復雜的人體解剖結構導航介入到達深層病變，而由纖維集合體構成的織物可以在身體周圍形成一個緊密而舒適的網絡，適用于健康人、患者和醫(yī)務人員。功能纖維和織物與材料科學、電子信息、醫(yī)學和計算機技術等協(xié)同快速發(fā)展，有望更近、更久、更精準地服務于我們的健康。

個性化的醫(yī)療健康需要健康技術以無感化和智能化的方式滲透到我們的日常活動中。然而，為了創(chuàng)建一個積極的面向用戶的健康模型，智能健康中的三個基本挑戰(zhàn)亟待解決：

1）無感化的交互：長期的健康監(jiān)測、保護、介入和治療需要醫(yī)生和專業(yè)人員進行系統(tǒng)維護、診斷、治療和決策分析。人力資源和設備維護的巨大成本促使現(xiàn)有的醫(yī)療健康設備難以獲取多模式多視角的認知。一個更全面的醫(yī)療健康系統(tǒng)需要在交互過程中對來自多個場景的設備和醫(yī)生的判斷和決策進行自適應學習。根據(jù)人們的健康需求和醫(yī)療體系，無擾化交互盡可能減少用戶的不適感。

2）低成本制造：設備制造技術需要與基礎制造業(yè)緊密結合，以實現(xiàn)低成本、可靠且高質量的生產。其經濟性可以降低用戶獲取系統(tǒng)服務的難度，提高系統(tǒng)的應用范圍。

3）用戶友好性：智能醫(yī)療系統(tǒng)必須能夠在醫(yī)生、護士、患者和管理人員之間實現(xiàn)高效、大規(guī)模和長期的信息交換。鑒于此，智能醫(yī)療系統(tǒng)應該進行數(shù)據(jù)驅動的服務迭代和優(yōu)化，以應對多種深度和用戶友好的醫(yī)療健康場景。

研究進展

健康智能體以物理科學為橋梁通過融合多材料纖維、纖維機器人、纖維電子、人工智能、5G、邊緣計算、數(shù)字孿生、微創(chuàng)干預、精確治療等技術，將醫(yī)學和計算機科學連接起來，在智能健康相關領域實現(xiàn)高效、智能和便利的健康監(jiān)測。多種健康智能體部署可以在多個場景中為用戶供長期陪伴使用，其主要特點是自主性、主動性、智能性和感知性。根據(jù)主要應用場景，健康智能體分為四類，具體包括健康監(jiān)測代理、治療代理、健康保護代理和微創(chuàng)手術代理。

多學科驅動的健康智能體

隨著健康中國行動戰(zhàn)略的推進，健康技術正在逐步占據(jù)頂層設計的重要位置。近年來，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、材料科學等多學科交叉的智慧醫(yī)療和精準醫(yī)療的快速發(fā)展，為醫(yī)療設備的智能化與數(shù)字化提供了更多的發(fā)展機會。然而，被廣泛的使用的笨重且僵硬的醫(yī)療健康設備會讓用戶在保護、診斷、手術和治療過程中感到不適。相比之下，由于其靈活的形態(tài)和強大的適應性，纖維可以通過復雜的人體解剖結構導航介入到達深層病變，而由纖維集合體構成的織物可以在身體周圍形成一個緊密而舒適的網絡，適用于健康人、患者和醫(yī)務人員。功能纖維和織物與材料科學、電子信息、醫(yī)學和計算機技術等協(xié)同快速發(fā)展，有望更近、更久、更精準地服務于我們的健康。

健康檢測代理

健康監(jiān)測代理將無感化的健康監(jiān)測設備和多功能纖維無縫集成，通過收集用戶的生理和心理信息，利用深度學習、大數(shù)據(jù)等人工智能技術進行人體的健康分析，實現(xiàn)無感化的人機交互。

健康治療代理

現(xiàn)有的治療器械多為剛性金屬機電一體化器械，常給患者帶來強烈的異物感和心理壓力，甚至治療后容易留下難以去除的疤痕。而融合了柔性纖維的健康治療代理緩解了用戶的束縛感和異物感，其基于人工智能技術結合患者的需求確定個性化的治療方法，從而實現(xiàn)精準化的治療。

健康保護代理

健康保護代理可以適用于極端環(huán)境，包括微生物入侵、撞擊傷害和化學毒品傷害等，利用多功能纖維制作的醫(yī)用服裝在滿足輕便式的條件下可以全方位的保護用戶的身體不受侵犯。

微創(chuàng)手術代理

微創(chuàng)手術代理由具備導航、目標操作以及成像和傳感功能的纖維機器人組成，該代理可以深入人的身體開展檢測和治療，基于人工智能系統(tǒng)輔助外科醫(yī)生實現(xiàn)體內認知和治療，維護人類的生命健康。

總結和展望

柔性傳感材料驅動的健康智能體在未來生命健康領域有廣闊的應用前景，同時挑戰(zhàn)和機遇共存。

陶光明教授談到，“從適用于大眾的健康監(jiān)測到生病時的治療，再到主動的自我防護，需要基于醫(yī)學、材料學和計算機科學構建新一代的醫(yī)療保健系統(tǒng)以應用于未來場景”。

陳敏教授介紹道：“未來場景中由健康智能體驅動人的一天及一生”的構想中可以將靈活且不易察覺的健康智能體嵌入到生活的方方面面，管理身心健康，如睡眠監(jiān)測、生理指標評估、坐姿監(jiān)測、運動狀態(tài)評估等。當人們暴露在惡劣的環(huán)境中時，具有保護特性的健康智能體可調節(jié)體溫，保護身體免受外部環(huán)境侵害等。同時，多功能纖維機器人可以進入更深的病灶，拓寬外科醫(yī)生的視野，開展復雜的外科手術。手術后，健康智能體可以幫助制定個性化的治療方案，包括采用電、光和其他刺激技術增強治療效果。

“健康智能體將與人相伴一生，以無擾化的方式保護生命健康。在未來，健康智能體將致力于全民健康，對延伸生命長度和提高生活質量發(fā)揮關鍵性的作用。”陶光明教授說。

標簽： 材料科學 人工智能 快速發(fā)展