Китайські та американські інженери створили активний рюкзак, який практично повністю гасить інерціальне прискорення вантажу при ходьбі і тим самим знижує навантаження на людину. Експерименти показали, що рюкзак знижує метаболічні витрати на ходьбу на 11 відсотків порівняно зі звичайним рюкзаком з вантажем такої ж маси. Статтю про розробку опубліковано в журналі.
При ходьбі людина в основному рухається вперед, але також при переставленні ніг трохи зміщується вгору і вниз. Якщо на спині у нього висить рюкзак, то при цих зміщеннях він поперемінно отримує прискорення, спрямовані вгору або вниз. Через це реальне навантаження на тіло складається не тільки з ваги рюкзака, але також включає в себе інерційну складову.
У 2006 році американський інженер Лоуренс Роум (Lawrence Rome) разом з двома колегами опублікував статтю в, в якій описав конструкцію рюкзака, що значно знижує навантаження на тіло людини при ходьбі, особливо швидкою. Головний елемент конструкції - це підвіс основної частини рюкзака на блоках і еластичних тросах, що проходять через них. Завдяки їм еластичні троси гасять сили, що викликаються вертикальним прискоренням при ходьбі на величину до 86 відсотків. Через 12 років дослідницький проект переріс у комерційно доступний рюкзак.
Тепер інженери під керівництвом Цай-Хуа Сюна (Cai-Hua Xiong) з Хуачжунського університету науки і технології створили схожий за конструкцією рюкзак, але вже з активними елементами: це дозволяє знизити інерційну складову сили, що діє на тіло, на 98,5 відсотка. Конструкцію можна розділити на дві основні частини. Одну з них за лямки і пояс одягає людина. Ззаду на ній є пластина, на якій в центрі розташоване рухоме кріплення для основної частини рюкзака або вантажу, а з боків встановлено два еластичних троса. Зверху кожен з тросів жорстко прикріплений до пластини, далі він проходить через два блоки, а на іншому кінці закріплений на рухомому кріпленні. Разом ці елементи забезпечують пасивне гасіння коливань.
Активна система гасіння складається з кулько-гвинтової передачі, в центрі якої знаходиться рухоме кріплення, а знизу - елеткромотор. На кріпленні також є датчик прискорення. Під час ходьби він аналізує навантаження і зміщує кріплення відносно пластини рюкзака, щоб вертикальне прискорення прагнуло до нуля.
Розробники провели два види випробувань. Під час першого вони порівнювали вертикальне прискорення рюкзака в нормальному режимі і з зафіксованим рухомим кріпленням. З'ясувалося, що активна і пасивна система знижують прискорення на 98,5 відсотка. У другому випробуванні інженери порівняли метаболічні витрати на ходьбу між активним і заблокованим рюкзаком, а також звичайним рюкзаком без будь-якої системи гасіння коливань. Під час випробувань добровольці ходили біговою доріжкою з рюкзаком і вантажем масою 19,4 кілограма, а їхні витрати на рух вимірювалися видиханим повітрям. Виявилося, що при однаковій масі вантажу з активним рюкзаком людина витрачає на вісім відсотків менше енергії, ніж із заблокованим, і на 11 менше, ніж зі звичайним.
Для зниження метаболічних витрат на ходьбу або біг також можна застосовувати екзоскелети. Дослідження показують, що навіть пасивний екзоскелет ніг здатний знизити витрати на біг на вісім відсотків.