經常蹦蹦跳跳的年輕人，或許難以體會到膝關節損傷帶來的不便。如果運動方式不當，很可能導致關節的過早磨損。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。由多個機構合作開發的這種可植入式人工膝蓋，配備了多個壓力傳感器，它能夠追踪不同活動對關節施加的壓力。如果不聽醫生的話、及時停止或改正錯誤的行為，可能造成膝關節的永久損傷——但該裝置可以在潛在的傷害發生前，通過無線的形式發送警告。

當患者行走時，兩個摩擦面會碰到一起發電（圖自：Binghamton University）

這樣的設想，早已不是什麼新鮮事，但它也不是沒有缺點。儘管其它有助於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（而不是電池）。其採用集成的超級電容器，來儲存膝關節兩個表面之間摩擦產生的能量。

在使用步態模擬器進行的測試中（如上圖所示），可知普通人的膝蓋，可在日常行走時產生6微瓦的功率。

好消息是，這已經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，亦可用於更持久耐用的人工膝關節。

這項研究由紐約賓厄姆頓大學助理教授Shahrzad“Sherry”Towfighian帶領，其他參與者還包括石溪大學和西安大略大學的科學家們。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《智能材料與結構》（Smart Materials and Structures）期刊上。

原標題為：

《A smart knee implant using triboelectric energy harvesters》

《使用摩擦電能收集器的智能膝關節植入物》

[編譯自：New Atlas ]