智能可穿戴传感器由机器学习和创新智能材料提供支持，可在不干扰日常生活的情况下实现快速、准确的疾病诊断、个性化治疗和持续健康监测。这种集成促进了从传统的、以医院为中心的医疗保健向更加分散、以患者为中心的模式的转变，其中可穿戴传感器可以收集实时生理数据，对这些数据流进行深入分析，并为护理点精确诊断和个性化治疗生成可作的见解。尽管智能材料、机器学习和可穿戴传感技术取得了快速发展，但缺乏系统地研究这些领域交叉点的全面综述。这篇综述解决了这一差距，对由智能先进材料和人工智能提供支持的可穿戴传感技术进行了批判性分析。首先研究了增强传感器功能的最先进的智能材料，包括自愈、超材料和响应材料。讨论了集成到可穿戴设备中的高级机器学习方法，并强调了它们在生物医学应用中的作用。此外，还研究了由智能材料和机器学习提供支持的可穿戴传感器的综合影响，以及它们在智能诊断和治疗中的应用。最后，解决了现有的挑战，包括技术和合规性问题、信息安全问题和监管考虑因素，并提出了推进智能医疗的未来方向。

该研究以题为“Transforming Healthcare: Intelligent Wearable Sensors Empowered by Smart Materials and Artificial Intelligence”发表在Advanced Materials上。

智能材料和机器学习增强可穿戴传感器在智能医疗中的概述。经许可转载。[14] 版权所有2016，美国化学学会。图中其他图片素材来自Freepik.com

智能材料包括自愈材料、超材料和响应材料。自愈可以基于物理、化学或物理化学相互作用实现。超材料主要包括机械、声学和电磁超材料。机械超材料。经许可转载。[19] 版权2018, Wiley-VCH。声学超材料。经许可转载。[20] 版权2022, AAAS。电磁超材料。经许可转载。[21] 版权2024, AAAS。机械响应材料：聚偏二氟乙烯和钛酸铅锆。经许可转载。[22] 版权2013, Elsevier。光学响应材料。经许可转载。[23] 版权2018, Springer Nature。热响应材料：聚(N‑异丙基丙烯酰胺) (PNIPAM)。经许可转载。[24] 版权2018, American Chemical Society。电响应材料：普鲁士蓝、ZnS:Cu。经许可转载。[25] 版权2021, Elsevier。化学响应材料：聚苯胺。经许可转载。[26] 版权2002, Elsevier

自愈材料。a,b) 内在和外在自愈材料的机制。c) 自愈绝缘材料。经许可转载。[31] 版权所有 2021，Elsevier。d) 自愈导电材料。经许可转载。[35a] 版权所有 2024，Springer Nature。e) 自愈热敏材料。经许可转载。[38] 版权所有 2020，Wiley-VCH。f) 自愈力敏材料。经许可转载。[34] 版权所有 2022，Wiley-VCH。

超材料。a) 机械超材料。经许可转载。[19] 版权2018，Wiley-VCH。b) 带有结构化导电织物的电磁超材料。经许可转载。[21] 版权2024，AAAS。c) 具有同轴屏蔽内部结构的电磁超材料。经许可转载。[53] 版权2024，Springer Nature。d) 声学超材料。经许可转载。[54] 版权2024，Springer Nature

响应性材料。a) 力致变色材料。经许可转载。[65] 版权 2024, Wiley-VCH。b) 水凝胶的机械诱导交联。经许可转载。[67] 版权 2021, Springer Nature。c) 基于上转换纳米颗粒的体内三维支架打印。经许可转载。[72] 版权 2024, Wiley-VCH。d) 基于光电二极管的无线紫外传感器。经许可转载。[77a] 版权 2018, 美国科学促进会。e) 基于 ZnS:Cu 的电致发光压力传感器。经许可转载。[78] 版权 2019, Wiley-VCH。f) 基于铁磁材料的磁控微型机器人。经许可转载。[84] 版权 2023, 美国科学促进会。g) 基于 PNIPAM 水凝胶的热响应阀。经许可转载。[91] 版权 2020, 美国科学促进会。h) 酶适配体的化学物质响应构象变化及相应的电化学传感器。经许可转载。[111] 版权 2005, Wiley-VCH。i) 细菌 DNase 诱导的 DNA 水凝胶降解及其传感器。经许可转载。[110] 版权 2021, 美国科学促进会。

机器学习算法的示意图。a) 监督学习。b) 无监督学习。c) 支持向量机（SVM）。d) 基于树的算法，包括决策树（DT）和随机森林（RF）。e) K近邻算法（K-NN）。f) 基于神经网络的算法，包括前馈神经网络（FNN）、循环神经网络（RNN）和卷积神经网络（CNN）

总结

未来的医疗什么样？或许你手腕上的设备就能给出答案。最新一期《先进材料》的综述文章指出，借助自修复、超构和智能响应等新材料，以及机器学习的深度赋能，小小的可穿戴传感器正从简单的数据记录者，升级为我们的“健康哨兵”。

这些集成了先进技术的传感器，能像皮肤一样贴合身体，持续监测心电、血糖、体温甚至伤口感染指标。更关键的是，它们背后的AI大脑能读懂数据的“潜台词”，在异常初现时提前预警，让健康管理从“治已病”转向“防未病”。尽管在数据安全、长期稳定和系统整合上仍有难关，但智能可穿戴设备无疑正推开一扇通往更主动、更个性化健康未来的大门。

参考文献：

DOI: 10.1002/adma.202500412