背负重担？不存在的

大家应该都有过这样的经历：背着沉重的背包长时间走路或跑步很累，背部和颈部经常酸痛。那么，从现在开始，我们如何帮助人们减轻负担，不再“负重前行”呢？

要理解这个问题，我们首先要了解为什么人们背着背包走路会感到疲倦。事实上，人类的行走可以看作是一个倒立的钟摆，髋关节以弧形运动，垂直偏移距大腿约 5-7 厘米。在运动过程中，传统的背包由于与人体的固定连接，会跟上人体的摆动，从而使背包产生额外的加速度作用于人体（或增加其惯性）。

图 | 人行走时的运动姿态堆取料机行走电机，红色虚线是一个行走周期中身体重心的运动轨迹。（来源：ACS NANO）

在这项工作中，研究人员致力于提高背包的减重和减震效果。他们在背包中对称地添加了两个可拉伸的弹性材料体，使背包在穿着者行走时不会随人体移动，从而相对于地面保持稳定的姿势。在旅行中，背包由于惯性会产生几倍于人体重量的冲击力。经过实验，他们发现这种设置将背包对佩戴者的峰值压力降低了约 20%。

此外数控切割，他们还探讨了负载重量与步行速度以及减重和减震之间的联系。研究发现，行走速度越快，负载冲击力越小，减重减震效果越好。

惊喜：还能“为你发电”

这项研究工作的创新之处在于，这种背包还可以解决另一个问题——在荒野或更落后的地区，背包客可能需要一个电源装置来应对旅途中没有电源的情况。这款背包配备了一种称为摩擦电 (TENG) 的设备，该设备允许背包收集人类行走产生的机械能，为便携式电子设备或健康监测传感器供电。

TENG是一个能量产生单元。在其内部电路中，由于摩擦电和静电电感的耦合作用，两层不同摩擦电极的薄层材料之间的摩擦会引起电荷转移，形成静电场。在静电感应的作用下，使粘附在材料膜上的两个金属电极表面的电荷重新分布，在两个电极之间形成电位差；在外电路中，电子会在电极之间或电极与地之间流动，由电位差驱动铆工招聘，以平衡这个电位差。TENG的动力源不仅可以是风能、水能、海浪等众所周知的能源，还有人的行走、身体的晃动、手的触碰等环境随机能源，从来没有被人注意到钣金展开，甚至是轮子。机器的转动、机器的轰鸣振动等。

将弹性体和固定滑轮组结构应用到背包后，负载与背包发生相对运动，可以直接驱动TENG将机械能转化为电能。实验中，研究人员将210个LED灯连接到背包，发现可以成功连续点亮，实测能量转换效率为14.02%，瞬时功率密度为58.@ >82W/平方米。因此，它可以说是一种很有前途的能量收集装置，可以通过收集行走过程中的振动能量来为一些小功率电子设备供电。

图 | 背包示意图。TENG 产生的交流电通过电源管理单元 (PMU) 转换为直流电，可为图中的 LED 灯等低功率电子设备供电（来源：ACS NANO）

背包革命：永远在路上

事实上，这个研究团队提出减轻背包重量的想法并不是第一次，之前已经做出了一些尝试和产品。比如2018年，美国一家公司发明了一款名为Hoverglide的背包堆取料机行走电机，同样可以显着减轻负重。

图 | 气垫滑翔背包

此外，TENG还是研究团队的“老朋友”。早在2018年，王忠林院士团队就在TENG上发表了论文，称这种可以将机械能转化为电能的小装置是能源的新时代。最好的选择之一。

在本发明中，研究人员将 TENG 应用于背包，最终可以为 LED、电子表和荧光灯管供电。而且，在同等条件下，这款包比传统包具有更强的减重和减震效果。

此外，为了满足负重训练的负重需求，这款背包还有锁定模式和解锁模式两种模式。在锁定模式下，背包与传统风格没有区别；在解锁模式下，可以使用减重和供电功能。

当然，目前的结果值得进一步研究，正如研究人员所说：一旦克服了提高能量转换效率等挑战，这款背包的适用性将大大提高。

大连富泓机械制造有限公司：拥有厂房8000余平。各种技术精英员工数百名，设备种类齐全。质量把关过硬，有齐全的加工设备 主要承接产品制造能力有：手弧焊、气焊（钎焊）、二氧焊、埋弧焊、氩弧焊、锡焊，有色金属焊接：焊接铸铝、合金铝、不锈钢、铜等金属，激光切割，大型龙门数控切割碳钢板，不锈钢板，铜板，铝板等各种异型件。剪板 折弯加工各类钣金结构件，船舶舾装件。三辊卷板机制作各种罐体、筒体结构。设计加工制作安装各种轻钢结构，喷涂除尘设备，螺旋输送机械，油压机等。承揽：矿山设备，冶金设备，焦化设备的设计制作安装。 联系人：胡经理 电话：13154115663