为背包客减负!华中科大教授发明“电动背包”,可载重30公斤

生活文化
为背包客减负!华中科大教授发明“电动背包”,可载重30公斤
麻省理工科技评论 2020-09-17

2020-09-17

这款电动背包减轻了徒步旅行者的负担。
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这款电动背包减轻了徒步旅行者的负担。

对于背包客而言,徒步旅行是一种穿越森林、远离喧嚣的户外运动享受,但连续多天在旅途中背着沉重的行李,无疑是一种生理上的负担。

为此,华中科技大学机械科学与工程学院熊蔡华教授及其团队设计了一款电动背包,可利用背包对身体的惯性力,将用户平均消耗的代谢能量减少 11%。这一研究成果发表在 IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 上。

为背包客减负!华中科大教授发明“电动背包”,可载重30公斤

(来源:IEEE)

熊蔡华表示,世界各地各个年龄段的人都在探索减轻自己负担的方法。“亚洲人使用柔韧的竹竿来搬运笨重的货物,罗马人设计了悬挂式的背包来装载重物,这些搬运工具的原理和我们的一样。”

当只有一只脚踩在地上时,我们的步态特别节能。但当我们换到另一只脚,并且两只脚都暂时着地时,能量转移的效率就会降低。如果我们背着一个很重的背包,背包在垂直方向移动和整体晃动过程中,所产生的额外惯性力会进一步降低能量转移的效率。

为了适应这些惯性力,熊蔡华团队设计了一款有两种不同模式的电动背包。在被动模式下,两根对称排列的弹性背带平衡背包内的负载重量,当用户打开系统的主动模式时,一个旋转电机将会调节负载的加速度。这款背包重 5.3 公斤,设计载重可达 30 公斤。

为背包客减负!华中科大教授发明“电动背包”,可载重30公斤

(来源:论文)

在一项对 7 名身材相似的男性进行的实验中,研究人员比较了使用普通背包和他们的新背包系统(主动和被动两种模式)的能量需求。每个参与者被要求随机地尝试这三种情况,同时测量他们腿部肌肉的呼吸指标和表面肌电图信号,并分析他们的能量消耗。

在主动模式下,电动背包的负载加速度平均降低了 98.5%,与普通背包相比,这将减少用户 11% 的能量消耗;在被动模式下,平均可以节省 8% 的能量。熊蔡华表示,能量消耗降低的部分原因可能是由于两个背包的重量分布不同,设计的系统将发动机固定在背包较高的位置,而背包里的东西在隔间里是分散分布的,因此重量分布与用户的质心是不同的。

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(来源:论文)

同样值得注意的是,这项研究仅仅是对在平地上行走的人进行了测试。熊蔡华表示,他对将该产品商业化很感兴趣,但他的目标是首先探索如何针对不同的行走速度和地形改进该系统。

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