طور فريق من الباحثين الصينيين نوعا جديدا من حقائب الظهر التي يمكنها تقليل وزن محتوياتها أثناء الحركة. باستخدام مزيج خاص من الأدوات، يمكن للحقيبة الجديدة ذات الخفة الذاتية القضاء بسهولة على القوى العمودية الناتجة عن الوزن.

حقيبة تقلل استهلاك الطاقة وتحسين الراحة

وفقا للتجارب التي أجريت على نموذج أولي يعمل، يقلل التصميم الجديد بشكل كبير من الجهد الذي يحتاج الشخص إلى بذله أثناء ارتداء الحقيبة، وهذا يجعل ارتداء الحقيبة أكثر راحة ويساعد بشكل كبير المستخدمين الذين يحملون أوزانا ثقيلة لمسافات طويلة.

عادةً ما تكون الأوزان داخل حقائب الظهر غير قادرة على التحرك عندما يتم وضعها على ظهر الشخص، كما تتحرك الحقيبة صعودا وهبوطا أثناء المشي، مما يضع المزيد من الضغط على الحقيبة والساقين، مما يجعل الحقيبة تشعر بأنها أثقل من وزنها الفعلي.

حل مبتكر للتخفيف من الأعباء

قاد الفريق الصيني بقيادة "يانهي زو" من "المختبر الوطني للروبوتات والأنظمة" في "معهد هاربين للتكنولوجيا" في الصين، محاولتهم لتطوير حل لهذه المشكلة.

يقول زو: "حقيبة ظهر قادرة على مقاومة القوى العمودية تعالج نقطة ألم حقيقية للكثيرين الذين يحملون أوزانا ثقيلة أثناء التنقل أو المشي أو الجري". ويضيف: "منتج يمكنه تقليل هذا العبء مع تعزيز الراحة والمرونة سيكون جذابًا للغاية".

الابتكار في حقيبة الظهر ذات الخفة الذاتية

بينما توجد حقائب ظهر أخرى تقوم بتخفيف الوزن أو "العائمة"، فإنها عادةً ما تعتمد على المحركات التي تضيف وزنا وتتطلب مصدر طاقة. ومع ذلك، تمكن فريق زو من تطوير طريقة أخرى لا تتطلب أي طاقة إضافية بخلاف حركة المستخدم.

تسمى هذه الحقيبة "حقيبة الظهر ذات الصلابة شبه الصفرية والامتصاص المتحكم فيه"، وهي تستخدم مجموعة من الآليات المتوازنة المكونة من نوابض وعصي دوارة. كما تحتوي على أجزاء أخرى مثل محرك كهرومغناطيسي لمنع المحتويات من الاصطدام بهيكل الحقيبة.

التجارب ونتائج الاختبار

يعمل النظام على مقاومة الحركات الصاعدة والهابطة للأوزان داخل الحقيبة، مما يولد طاقة كافية لتشغيل المحرك الكهرومغناطيسي، كما أن الظهر يحتوي على جهاز تعلم ذاتي لمساعدة في توجيه النظام والتحكم فيه.

يقول زو: "نتيجة لذلك، يحتاج فقط المتحكم الصغير للطاقة للتحكم في الترانزستورات الخاصة بالجهاز، بينما لا يتطلب المحرك أي طاقة كهربائية إضافية". يلاحظ زو أن هذا النظام أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة مقارنة بالمحركات التي تعمل بالطاقة النشطة.

لإجراء الاختبار، قام الفريق بتجنيد متطوعين لارتداء حقائب ظهر عادية وجديدة على جهاز المشي. ثم تم مراقبة معدلات الأيض لديهم أثناء المشي بسرعات مختلفة.

وجدوا أن التصميم الجديد قلل من استهلاك الطاقة بنسبة 11% مقارنةً بحقائب الظهر التقليدية. كما أظهرت الاختبارات أن الأوزان داخل الحقائب الجديدة كانت تتحرك بالكاد بالنسبة للأرض.

في الواقع، تم تقليل سرعة حركة الأوزان (صعودا وهبوطا) بنسبة 85% مقارنةً بحقائب الظهر العادية. وأضاف زو: "عند انحناء ظهر المستخدم، يقوم النظام بتعديل حركة الحمولة ديناميكيًا لمنعها من الاصطدام بنهاية القضيب المتحرك".

آفاق المستقبل والتوجه التجاري

يعتقد زو أيضا أن هذه الحقيبة ستكون شعبية للغاية إذا تم طرحها في السوق. ولهذا الغرض، يعمل هو وفريقه بنشاط على إيجاد طرق لتسويق التصميم.

ويقول زو: "خطواتنا التالية ستكون دمج الخوارزميات الذكية لتمكين الحقيبة المعلقة من التكيف مع مجموعة أوسع من أنماط الحركة، مثل القفز". في المستقبل، يواصل زو وفريقه استكشاف استعادة الطاقة أثناء استخدام المحرك في وضع توليد الطاقة لتنظيم حركة الحمولة.