經(jīng)常蹦蹦跳跳的年輕人，或許難以體會到膝關(guān)節(jié)損傷帶來的不便。如果運動方式不當(dāng)，很可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)的過早磨損。不過一種實驗性的新植入物，有望減輕需要手術(shù)置換的麻煩。
由紐約賓厄姆頓大學(xué)助理教授 Shahrzad“Sherry”Towfighian 帶領(lǐng)，石溪大學(xué)和西安大略大學(xué)的科學(xué)家們合作開發(fā)的這種可植入式人工膝蓋，配備了多個壓力傳感器，它能夠追蹤不同活動對關(guān)節(jié)施加的壓力。如果不聽醫(yī)生的話、及時停止或改正錯誤的行為，可能造成膝關(guān)節(jié)的永久損傷 —— 但該裝置可以在潛在的傷害發(fā)生前，通過無線的形式發(fā)送警告。
當(dāng)患者行走時，兩個摩擦面會碰到一起發(fā)電（圖自：Binghamton University）
這樣的設(shè)想，早已不是什么新鮮事，但它也不是沒有缺點。盡管其它有助于推遲更換人工膝蓋的手術(shù)，但若裝置需要頻繁更換電池，一切都將變得相當(dāng)不實用。
為克服這個短板，研究人員為植入物設(shè)計了摩擦電能收集系統(tǒng)（而不是電池）。其采用集成的超級電容器，來儲存膝關(guān)節(jié)兩個表面之間摩擦產(chǎn)生的能量。
在使用步態(tài)模擬器進行的測試中，可知普通人的膝蓋，可在日常行走時產(chǎn)生 6 微瓦的功率。
好消息是，這已經(jīng)足夠壓力傳感器使用（其只需 4.6 微瓦）。最終，研究人員希望，這種‘智能’植入物不僅可以延緩手術(shù)時間，亦可用于開發(fā)更持久耐用的人工膝關(guān)節(jié)。
有關(guān)這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《智能材料與結(jié)構(gòu)》（Smart Materials and Structures）期刊上。
論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/aaf3f1/meta
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