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新型摩擦生電傳感器可延緩膝關節(jié)磨損
2019-02-01  來源:New Atlas
關鍵詞:摩擦生電

  經(jīng)常蹦蹦跳跳的年輕人,或許難以體會到膝關節(jié)損傷帶來的不便。如果運動方式不當,很可能導致關節(jié)的過早磨損。不過一種實驗性的新植入物,有望減輕需要手術置換的麻煩。

  由紐約賓厄姆頓大學助理教授 Shahrzad“Sherry”Towfighian 帶領,石溪大學和西安大略大學的科學家們合作開發(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,但若裝置需要頻繁更換電池,一切都將變得相當不實用。

  為克服這個短板,研究人員為植入物設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時間,亦可用于開發(fā)更持久耐用的人工膝關節(jié)。

  有關這項研究的詳情,已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《智能材料與結構》(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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(責任編輯:xu)
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