Студент ИТМО разработал прототип «умного» рюкзака, который подзаряжает гаджеты во время ходьбы

― Максим, изначально вы планировали сделать powerbank, который бы крепился к ноге и заряжался от ходьбы. Почему решили поменять концепцию и разработать рюкзак?

― Идея разработать устройство, которое заряжает телефон от колебательных движений при ходьбе, появилась еще в 2019 году во время конкурса «Простые инновации» в ИТМО. Изначально планировалось сделать зарядное устройство, которое бы крепилось к ноге. Я собрал прототип, но он, к сожалению, оказался слишком громоздким и работал крайне неэффективно. Кроме того, носить его на ноге постоянно могло быть вредно для здоровья, так как даже небольшое утяжеление может отрицательно повлиять на моторику ходьбы. 

Потом прошел год, и одна из моих преподавательниц предложила поучаствовать в проектной смене образовательного центра «Сириус» с доработанной идеей. Это что-то вроде смены в детском лагере, в которой участвуют старшеклассники из разных городов России. В процессе смены ребята работают над реализацией выбранных ими проектов. Смена длилась около месяца, ребята разбились на команды, и каждая из них работала над своим проектом.

В мою команду вошли пять девочек и два мальчика. Я читал им теоретические лекции, проводил мастер-классы и занимался работой над проектом. И именно во время смены в «Сириусе» я решил, что гораздо функциональнее будет сделать зарядное устройство в виде портфеля, а не крепления на ногу. 

Почему именно портфель? Мы провели опрос внутри «Сириуса» (всего в смене приняло участие 800 человек, мы опросили где-то 500-600 участников), и оказалось, что подавляющее большинство молодых людей в возрасте условно от 15 до 20 лет регулярно носит рюкзаки. Я, например, без рюкзака себя ощущаю так, будто забыл надеть футболку. Вы надеваете портфель, когда идете куда-то, и не думаете о нем. 

― Как устроен «умный рюкзак»? 

― Мы хотим предложить альтернативу powerbank'ам — их постоянно нужно заряжать и не забывать брать с собой. Наше устройство решает эти проблемы.

Как часто нужен powerbank? Чаще, чем раз в несколько дней он вряд ли пригождается. Наше зарядное устройство интегрировано в рюкзак. Внутри корпуса устройства расположен подвижный элемент, при ходьбе он колеблется, так как подвешен к верхней части корпуса на пружинах. Также там находятся генераторы энергии — два обыкновенных шаговых двигателя. При возникновении колебаний корпуса (при ходьбе или беге) устройства они начинают крутиться при помощи специальной системы ремней, вырабатывается энергия. На корпусе есть USB — разъем, куда подключается провод для телефона. 

Конечно, такого, чтобы человек походил час и зарядил телефон на 100%, не будет. По закону сохранения энергии подобное устройство сделать практически невозможно. Но если вы походите с рюкзаком день-два на работу или учебу, то за это время он зарядится настолько, чтобы в случае необходимости дать вам возможность совершить экстренный звонок. Это около 5–10% заряда. 

― А насколько интенсивной должна быть ходьба?

― Мы рассчитывали из среднего числа шагов в день: около 5–7 тыс. шагов.  

― Рюкзак может заряжать только телефон или другие гаджеты тоже?

― Рюкзак предназначен для зарядки телефона и небольших гаджетов. С его помощью можно зарядить, например, наушники или часы. У них меньше емкость аккумулятора, поэтому заряжаться гаджеты будут быстрее, чем телефон. А вот ноутбук зарядить не получится — у него слишком большая емкость аккумулятора, вы даже от машины его будете заряжать очень долго. 

― Какие у вас планы по дальнейшему развитию проекта?

― Внутри рюкзака есть колеблющееся устройство — так называемый «лифт». Можно, например, увеличить его размер и сделать небольшой отсек под полезный груз. Тогда в наш прототип, скажем, можно будет положить бутылку с водой — она своим весом будет помогать ему колебаться при ходьбе и увеличивать скорость зарядки. 

Пока мы создали только прототип рюкзака из фанеры, но в дальнейшем можно будет сделать корпус из ткани или кожи. Возможно, в будущем мы сможем также увеличить скорость зарядки. Но пока я вижу этот проект как своего рода палочку-выручалочку. Например, сел телефон и надо срочно вызвать такси — вставил провод в рюкзак, зарядил немного и доехал до дома. 

― Думали ли вы о дальнейшей коммерциализации проекта? Каким компаниям, с вашей точки зрения, он мог бы быть интересен? Может быть тем, кто занимается различными «зелеными» технологиями? 

― С экологической точки зрения рюкзак не слишком эффективен. Дело в том, что час зарядки телефона расходует столько же энергии, сколько минута работы какого-нибудь нагревателя. И даже если мы, условно, оденем весь город в такие «умные» рюкзаки, то не слишком сократим потребление электроэнергии. 

Я думаю, что проект скорее был бы интересен с маркетинговой точки зрения крупным спортивным компаниям — например, можно обратиться в местное управление Nike или Adidas.

― Есть ли у вашей разработки аналоги? 

― Да, мы проводили развернутый анализ конкурентов. Существуют разработки, которые используют для зарядки обувь, а также устройства, которые крепятся к конечностям — такая рычажная система, использующая сгибание коленного сустава.

Что касается именно рюкзаков, то мы нашли всего два осмысленных аналога. Один заряжает гаджеты от трения, но эта технология принципиально отличается от нашей, а также гораздо более трудная и дорогостоящая в реализации. Также мы нашли упоминание о подобной разработке НАТО, но там все засекречено.

Обувь для зарядки не подходит, поскольку интегрировать в подошву зарядные элементы ненадежно, при ходьбе они могут повредиться или травмировать ногу. Например, изоляция электроники нарушится из-за частых деформаций подошвы, а человек попадет под дождь. 

Также стоит отметить, что подошва обуви ―  ответственный ортопедический элемент, который напрямую влияет на механику ходьбы и состояние опорно-двигательного аппарата пользователя, так что любые вмешательства в нее нежелательны. Та же история и с устройствами, которые крепятся к изгибам суставов — они тоже травмоопасны, громоздкие, а об их внешнем виде не приходится и говорить. Поэтому рюкзак в этом плане — оптимальный выбор. 

― Насколько «умный» рюкзак безопасен?

― Электронные компоненты смонтированы так, что он абсолютно безопасен. При желании можно сделать рюкзак водонепроницаемым, это нетрудно. Наглядный пример: в обычной розетке напряжение 220 вольт. В рюкзаке же в принципе нет напряжения, которое превышало бы 5 вольт. 

Конечно, у каждого человека сопротивляемость напряжению разная. Однако самым низким пороговым значением, которое может ударить, считается 35-40 вольт. Поэтому мы находимся далеко за границей, пересечение которой представляет опасность для человека. Так что рюкзак может носить кто угодно, даже ребенок.