基于摩擦纳米发电机（TENG）的自适应高强度间歇训练智能运动系统开发及其在肌肉康复中的应用研究

本文创新性地将摩擦纳米发电机（TENG）与行星齿轮系统结合，开发出可自动调节训练强度的智能运动设备（Exercise-TENG）。该系统通过TENG将机械能转化为电能并储存于电容器，其储能水平既实时反映用户运动表现，又通过制动器动态调控行星齿轮传动比，实现输入扭矩的自适应调整。结合LabVIEW界面提供能量反馈，有效提升用户参与度。研究通过HIIT模式下的肱二头肌/肱三头肌训练实验验证了肌肉激活效果，为个性化康复训练提供了兼具自适应性与激励性的技术解决方案。

　　

章节精选

运动型摩擦纳米发电机的机械结构

图2展示了智能运动型TENG的机械组装结构。牵引缆绳会扭转涡簧并驱动TENG及两级行星齿轮系统。如图2a所示，水平滑动自由站立式TENG位于设备基座。TENG定子部件与涡簧筒固定于基板，而TENG转子与涡簧轴则通过牵引缆绳（缠绕半径46毫米）自由旋转。涡簧——

运动型TENG的理论分析

图3展示了智能运动型TENG在无制动、制动-1启动和制动-2启动三种状态下的运作机制。太阳齿轮齿数为$Z\_s$，行星齿轮齿数为$Z\_p$，齿圈齿数为$Z\_r$，其设计方程详见附图S3和注释1。若$\omega \_i$表示由缆绳拉力在 carrier arm-2 产生的输入角速度，$\omega \_o$为太阳齿轮的输出角速度，则二者比值——

结论与展望

总而言之，我们首次演示了将TENG与两级行星齿轮系统结合用于智能运动训练设备，能根据用户能力自动调节训练强度。通过TENG采集的能量水平控制制动器的启停，从而动态调整驱动设备所需的输入力。通过调整飞轮质量、电容值等其他设计参数——

作者贡献声明

Hyung-Soon Park：文稿审阅、资源整合、资金获取

Divij Bhatia：初稿撰写、可视化、方法论、实验研究、数据整理、概念设计

Dongchan Kim：方法论、实验研究、数据整理

资金来源

本研究由韩国政府（MSIT）资助的国家研究基金会（NRF）生物医学技术发展计划支持，项目编号NRF-RS-2024-00397674。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知经济利益或个人关系冲突。