7月12日，华中科技大学运动与健康智能化团队的陶光明教授、陈敏教授和北京体育大学洪平研究员团队在《Advanced Materials》期刊上发表题为 Multifunctional Fiber-Enabled Intelligent Health Agents 的展望论文(Perspective)，提出了一种基于多功能纤维的健康智能体，它具有自主性、主动性、智能性和感知性等特点。根据医疗领域和日常生活对医疗健康的需求，从材料科学、医学和计算机科学的角度总结了智能代理驱动的健康监测、治疗、保护和微创手术四个主要方面。最后，文章展望了健康智能体与人类健康相关的未来情景。

研究背景

随着健康中国行动战略的推进，健康技术正在逐步占据顶层设计的重要位置。近年来，基于大数据、人工智能、材料科学等多学科交叉的智慧医疗和精准医疗的快速发展，为医疗设备的智能化与数字化提供了更多的发展机会。然而，被广泛的使用的笨重且僵硬的医疗健康设备会让用户在保护、诊断、手术和治疗过程中感到不适。相比之下，由于其灵活的形态和强大的适应性，纤维可以通过复杂的人体解剖结构导航介入到达深层病变，而由纤维集合体构成的织物可以在身体周围形成一个紧密而舒适的网络，适用于健康人、患者和医务人员。功能纤维和织物与材料科学、电子信息、医学和计算机技术等协同快速发展，有望更近、更久、更精准地服务于我们的健康。

个性化的医疗健康需要健康技术以无感化和智能化的方式渗透到我们的日常活动中。然而，为了创建一个积极的面向用户的健康模型，智能健康中的三个基本挑战亟待解决：1）无感化的交互：长期的健康监测、保护、介入和治疗需要医生和专业人员进行系统维护、诊断、治疗和决策分析。人力资源和设备维护的巨大成本促使现有的医疗健康设备难以获取多模式多视角的认知。一个更全面的医疗健康系统需要在交互过程中对来自多个场景的设备和医生的判断和决策进行自适应学习。根据人们的健康需求和医疗体系，无扰化交互尽可能减少用户的不适感。2）低成本制造：设备制造技术需要与基础制造业紧密结合，以实现低成本、可靠且高质量的生产。其经济性可以降低用户获取系统服务的难度，提高系统的应用范围。3）用户友好性：智能医疗系统必须能够在医生、护士、患者和管理人员之间实现高效、大规模和长期的信息交换。鉴于此，智能医疗系统应该进行数据驱动的服务迭代和优化，以应对多种深度和用户友好的医疗健康场景。

研究进展

健康智能体以物理科学为桥梁通过融合多材料纤维、纤维机器人、纤维电子、人工智能、5G、边缘计算、数字孪生、微创干预、精确治疗等技术，将医学和计算机科学连接起来，在智能健康相关领域实现高效、智能和便利的健康监测。多种健康智能体部署可以在多个场景中为用户供长期陪伴使用，其主要特点是自主性、主动性、智能性和感知性。根据主要应用场景，健康智能体分为四类，具体包括健康监测代理、治疗代理、健康保护代理和微创手术代理。

【多学科驱动的健康智能体】

随着健康中国行动战略的推进，健康技术正在逐步占据顶层设计的重要位置。近年来，基于大数据、人工智能、材料科学等多学科交叉的智慧医疗和精准医疗的快速发展，为医疗设备的智能化与数字化提供了更多的发展机会。然而，被广泛的使用的笨重且僵硬的医疗健康设备会让用户在保护、诊断、手术和治疗过程中感到不适。相比之下，由于其灵活的形态和强大的适应性，纤维可以通过复杂的人体解剖结构导航介入到达深层病变，而由纤维集合体构成的织物可以在身体周围形成一个紧密而舒适的网络，适用于健康人、患者和医务人员。功能纤维和织物与材料科学、电子信息、医学和计算机技术等协同快速发展，有望更近、更久、更精准地服务于我们的健康。

图 | 健康智能体

【健康监测代理】

健康监测代理将无感化的健康监测设备和多功能纤维无缝集成，通过收集用户的生理和心理信息，利用深度学习、大数据等人工智能技术进行人体的健康分析，实现无感化的人机交互。

图 | 健康监测代理

【健康治疗代理】

现有的治疗器械多为刚性金属机电一体化器械，常给患者带来强烈的异物感和心理压力，甚至治疗后容易留下难以去除的疤痕。而融合了柔性纤维的健康治疗代理缓解了用户的束缚感和异物感，其基于人工智能技术结合患者的需求确定个性化的治疗方法，从而实现精准化的治疗。

图 | 健康治疗代理

【健康保护代理】

健康保护代理可以适用于极端环境，包括微生物入侵、撞击伤害和化学毒品伤害等，利用多功能纤维制作的医用服装在满足轻便式的条件下可以全方位的保护用户的身体不受侵犯。

图 | 健康保护代理

【微创手术代理】

微创手术代理由具备导航、目标操作以及成像和传感功能的纤维机器人组成，该代理可以深入人的身体开展检测和治疗，基于人工智能系统辅助外科医生实现体内认知和治疗，维护人类的生命健康。

图 | 微创手术健康代理

总结和展望

图 | 健康智能体驱动人的一天和一生

柔性传感材料驱动的健康智能体在未来生命健康领域有广阔的应用前景，同时挑战和机遇共存。

陶光明教授谈到，“从适用于大众的健康监测到生病时的治疗，再到主动的自我防护，需要基于医学、材料学和计算机科学构建新一代的医疗保健系统以应用于未来场景”。

陈敏教授介绍到：“未来场景中由健康智能体驱动人的一天及一生”的构想中可以将灵活且不易察觉的健康智能体嵌入到生活的方方面面，管理身心健康，如睡眠监测、生理指标评估、坐姿监测、运动状态评估等。当人们暴露在恶劣的环境中时，具有保护特性的健康智能体可调节体温，保护身体免受外部环境侵害等。同时，多功能纤维机器人可以进入更深的病灶，拓宽外科医生的视野，开展复杂的外科手术。手术后，健康智能体可以帮助制定个性化的治疗方案，包括采用电、光和其他刺激技术增强治疗效果。

“健康智能体将与人相伴一生，以无扰化的方式保护生命健康。在未来，健康智能体将致力于全民健康，对延伸生命长度和提高生活质量发挥关键性的作用。”陶光明教授说。

华中科技大学计算机学院陈敏教授为本文第一作者，北京体育大学洪平研究员与华中科技大学武汉光电国家研究中心陶光明教授为本文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委员会的经费支持。

论文信息：M. Chen, P. Li, R. Wang, Y. Xiang, Z. Huang, Q. Yu, M. He, J. Liu, J. Wang, M. Su, M. Zhang, A. Jian, J. Ouyang, C. Zhang, J. Li, M. Dong, S. Zeng, J. Wu, P. Hong*, C. Hou, N. Zhou, D. Zhang, H. Zhou, and G. Tao*, “Multifunctional Fiber-Enabled Intelligent Health Agents”,Adv. Mater.2200985 (2022). DOI: 10.1002/adma.202200985