Рюкзак, що знижує навантаження, навчили виробляти енергію

Китайські та американські інженери розробили нову версію рюкзака, що гасить інерціальне прискорення вантажу за рахунок рухомої підвісної системи і тим самим знижує витрати на ходьбу і біг. У новому рюкзаку крім підвісу також встановлено трибоелектричний генератор, що конвертує рух рюкзака в електрику, якого достатньо для живлення 210 світлодіодів або пари люмінесцентних ламп. У майбутньому такий рюкзак можна адаптувати для харчування GPS-приймачів або спортивних датчиків, розповідають автори статті в.


Під час ходьби і бігу центр мас людини періодично зміщується вгору і вниз з кожним новим кроком. Це призводить до природного навантаження на ноги, хребет та інші частини тіла, але також навантаження може зростати, якщо людина біжить з рюкзаком. При кожному зміщенні центру мас тіла рюкзак отримує відповідне прискорення, тому його внесок у загальне навантаження на тіло стає вищим, ніж у стані спокою. У 2006 році американські інженери розробили конструкцію рюкзака, що гасить більшу частину інерціальної складової сили, якої рюкзак впливає на людину. Головна особливість конструкції, завдяки якій вона здатна гасити навантаження, полягає в тому, що прилегла до спини частина з лямками і власне рюкзак з відділенням для вантажу розділені на окремі частини, пов'язані рухомим механізмом з еластичними тросами. Завдяки цьому при ходьбі або бігу центр мас тіла так само переміщається вгору і вниз, а рюкзак в цей час залишається майже на одній висоті.


У 2018 році винахідники допрацювали рюкзак до комерційного продукту, а в 2020 році інша група інженерів створила аналогічний за конструкцією рюкзак, але з активними елементами, які аналізують прискорення і зміщують рюкзак у потрібний бік, що дозволило довести ефективність зниження навантаження з 86 відсотків до 98,5.

Інженери під керівництвом Чжун Лінь Вана (Zhong Lin Wang) з Технологічного інституту Джорджії і Цзя Ченя (Jia Cheng) з Університету Цинхуа теж скористалися конструкцією 2006 року і модифікували її для того, щоб не тільки гасити навантаження на людину, але і виробляти енергію. Загалом конструкція нового рюкзака аналогічна вихідній. Вона використовувала два троси, кожен з яких проходить через два блоки і закріплена кінцями на різних частинах рюкзака: один на тій, яка прилягає до спини, а другий на пластині, до якої кріпиться основна частина рюкзака. Проте автори додали деякі зміни. Наприклад, один з кінців кожного тросу закріплений на храповому механізмі, через який можна регулювати натягнення тросів.

Головна відмінність від попередніх розробок полягає в тому, що між пластинами двох частин рюкзака крім тросів також знаходиться трибоелектричний генератор. Він складається з декількох пластин полівінілхлориду з одного боку і нейлону з іншого. На полівіловій частині накопичуються негативні заряди, а на нейлоновій - позитивні. При русі відносно один одного заряди рухаються і в електродах на нейлоновій стороні утворюється електричний струм.

Вимірювання струму на стенді, що імітує біг, показали, що генератор виробляє струм з параметрами до 60 міліампер і до 1,5 кіловольт при використанні одного з трьох шарів, і до 75 мікроампер при приєднанні відразу до трьох шарів. Щільність потужності генератора становить 58,82 вати на квадратний метр. Автори показали, що генератор дозволяє одночасно включити 210 світлодіодів. Правда, оскільки він виробляє струм періодично, для постійної роботи електроніки необхідне джерело безперебійного живлення, яке буде періодично отримувати енергію від генератора і постійно видавати її на потрібні пристрої. Також інженери виміряли механічну ефективність рюкзака і з'ясували, що він знижує вертикальне навантаження на людину на 21,08 відсотка.

Крім трибоелектричних генераторів також існують п'єзоелектричні та їх інженери теж пропонують використовувати в одязі та аксесуарах. Наприклад, у 2018 році шведські інженери створили ремінь для сумки, що виробляє енергію при ходьбі.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND