天天新消息丨纖維機(jī)器人、柔性傳感材料，華中大教授團(tuán)隊(duì)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(xué)運(yùn)動(dòng)與健康智能化團(tuán)隊(duì)陶光明教授、陳敏教授和北京體育大學(xué)洪平研究員團(tuán)隊(duì)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(dòng)性、智能性和感知性等特點(diǎn)。根據(jù)醫(yī)療領(lǐng)域和日常生活對(duì)醫(yī)療健康的需求，從材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度總結(jié)了智能代理驅(qū)動(dòng)的健康監(jiān)測(cè)、治療、保護(hù)和微創(chuàng)手術(shù)四個(gè)主要方面。最后，文章展望了健康智能體與人類健康相關(guān)的未來情景。

研究背景

(資料圖)

隨著健康中國(guó)行動(dòng)戰(zhàn)略的推進(jìn)，健康技術(shù)正在逐步占據(jù)頂層設(shè)計(jì)的重要位置。近年來，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的智慧醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療的快速發(fā)展，為醫(yī)療設(shè)備的智能化與數(shù)字化提供了更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。然而，被廣泛的使用的笨重且僵硬的醫(yī)療健康設(shè)備會(huì)讓用戶在保護(hù)、診斷、手術(shù)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(qiáng)大的適應(yīng)性，纖維可以通過復(fù)雜的人體解剖結(jié)構(gòu)導(dǎo)航介入到達(dá)深層病變，而由纖維集合體構(gòu)成的織物可以在身體周圍形成一個(gè)緊密而舒適的網(wǎng)絡(luò)，適用于健康人、患者和醫(yī)務(wù)人員。功能纖維和織物與材料科學(xué)、電子信息、醫(yī)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等協(xié)同快速發(fā)展，有望更近、更久、更精準(zhǔn)地服務(wù)于我們的健康。

個(gè)性化的醫(yī)療健康需要健康技術(shù)以無感化和智能化的方式滲透到我們的日?；顒?dòng)中。然而，為了創(chuàng)建一個(gè)積極的面向用戶的健康模型，智能健康中的三個(gè)基本挑戰(zhàn)亟待解決：

1）無感化的交互：長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)、保護(hù)、介入和治療需要醫(yī)生和專業(yè)人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、診斷、治療和決策分析。人力資源和設(shè)備維護(hù)的巨大成本促使現(xiàn)有的醫(yī)療健康設(shè)備難以獲取多模式多視角的認(rèn)知。一個(gè)更全面的醫(yī)療健康系統(tǒng)需要在交互過程中對(duì)來自多個(gè)場(chǎng)景的設(shè)備和醫(yī)生的判斷和決策進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)。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(shè)備制造技術(shù)需要與基礎(chǔ)制造業(yè)緊密結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)低成本、可靠且高質(zhì)量的生產(chǎn)。其經(jīng)濟(jì)性可以降低用戶獲取系統(tǒng)服務(wù)的難度，提高系統(tǒng)的應(yīng)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(hù)士、患者和管理人員之間實(shí)現(xiàn)高效、大規(guī)模和長(zhǎng)期的信息交換。鑒于此，智能醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的服務(wù)迭代和優(yōu)化，以應(yīng)對(duì)多種深度和用戶友好的醫(yī)療健康場(chǎng)景。

研究進(jìn)展

健康智能體以物理科學(xué)為橋梁通過融合多材料纖維、纖維機(jī)器人、纖維電子、人工智能、5G、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生、微創(chuàng)干預(yù)、精確治療等技術(shù)，將醫(yī)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)連接起來，在智能健康相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效、智能和便利的健康監(jiān)測(cè)。多種健康智能體部署可以在多個(gè)場(chǎng)景中為用戶供長(zhǎng)期陪伴使用，其主要特點(diǎn)是自主性、主動(dòng)性、智能性和感知性。根據(jù)主要應(yīng)用場(chǎng)景，健康智能體分為四類，具體包括健康監(jiān)測(cè)代理、治療代理、健康保護(hù)代理和微創(chuàng)手術(shù)代理。

多學(xué)科驅(qū)動(dòng)的健康智能體

隨著健康中國(guó)行動(dòng)戰(zhàn)略的推進(jìn)，健康技術(shù)正在逐步占據(jù)頂層設(shè)計(jì)的重要位置。近年來，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的智慧醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療的快速發(fā)展，為醫(yī)療設(shè)備的智能化與數(shù)字化提供了更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。然而，被廣泛的使用的笨重且僵硬的醫(yī)療健康設(shè)備會(huì)讓用戶在保護(hù)、診斷、手術(shù)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(qiáng)大的適應(yīng)性，纖維可以通過復(fù)雜的人體解剖結(jié)構(gòu)導(dǎo)航介入到達(dá)深層病變，而由纖維集合體構(gòu)成的織物可以在身體周圍形成一個(gè)緊密而舒適的網(wǎng)絡(luò)，適用于健康人、患者和醫(yī)務(wù)人員。功能纖維和織物與材料科學(xué)、電子信息、醫(yī)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等協(xié)同快速發(fā)展，有望更近、更久、更精準(zhǔn)地服務(wù)于我們的健康。

健康檢測(cè)代理

健康監(jiān)測(cè)代理將無感化的健康監(jiān)測(cè)設(shè)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(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等人工智能技術(shù)進(jìn)行人體的健康分析，實(shí)現(xiàn)無感化的人機(jī)交互。

健康治療代理

現(xiàn)有的治療器械多為剛性金屬機(jī)電一體化器械，常給患者帶來強(qiáng)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(shù)結(jié)合患者的需求確定個(gè)性化的治療方法，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的治療。

健康保護(hù)代理

健康保護(hù)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(xué)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(hù)用戶的身體不受侵犯。

微創(chuàng)手術(shù)代理

微創(chuàng)手術(shù)代理由具備導(dǎo)航、目標(biāo)操作以及成像和傳感功能的纖維機(jī)器人組成，該代理可以深入人的身體開展檢測(cè)和治療，基于人工智能系統(tǒng)輔助外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)體內(nèi)認(rèn)知和治療，維護(hù)人類的生命健康。

總結(jié)和展望

柔性傳感材料驅(qū)動(dòng)的健康智能體在未來生命健康領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)挑戰(zhàn)和機(jī)遇共存。

陶光明教授談到，“從適用于大眾的健康監(jiān)測(cè)到生病時(shí)的治療，再到主動(dòng)的自我防護(hù)，需要基于醫(yī)學(xué)、材料學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)構(gòu)建新一代的醫(yī)療保健系統(tǒng)以應(yīng)用于未來場(chǎng)景”。

陳敏教授介紹道：“未來場(chǎng)景中由健康智能體驅(qū)動(dòng)人的一天及一生”的構(gòu)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(cè)、生理指標(biāo)評(píng)估、坐姿監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估等。當(dāng)人們暴露在惡劣的環(huán)境中時(shí)，具有保護(hù)特性的健康智能體可調(diào)節(jié)體溫，保護(hù)身體免受外部環(huán)境侵害等。同時(shí)，多功能纖維機(jī)器人可以進(jìn)入更深的病灶，拓寬外科醫(yī)生的視野，開展復(fù)雜的外科手術(shù)。手術(shù)后，健康智能體可以幫助制定個(gè)性化的治療方案，包括采用電、光和其他刺激技術(shù)增強(qiáng)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(hù)生命健康。在未來，健康智能體將致力于全民健康，對(duì)延伸生命長(zhǎng)度和提高生活質(zhì)量發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。”陶光明教授說。

標(biāo)簽： 材料科學(xué) 人工智能 快速發(fā)展