Ученые исследуют набедренные ремни - преимущества не так очевидны, как вы думаете
Летом 2005 года Джейми Пигман был направлен военно-морским врачом в долину Коренгал в Афганистане со взводом разведчиков-снайперов. Его команда из трех человек решилась на миссии продолжительностью от нескольких часов до нескольких недель с минимальным пополнением запасов. «Миссия всегда диктует необходимое оборудование и, следовательно, несущий вес», - говорит он. При базовом весе от 30 до 40 фунтов для бронежилетов, оружия, боеприпасов и спасательного снаряжения, а также припасов для расширенных миссий, он и его команда часто несли от 70 до 100 фунтов каждый.
Снаряжение было загружено в модифицированный рюкзак ALICE - универсальное легкое индивидуальное оборудование для переноски, старинную систему переноски на внешней раме, принятую военными в 1970-х годах и до сих пор пользующуюся популярностью у некоторых устройств за ее надежность и универсальность. Но Пигмен, опытный путешественник и любитель активного отдыха, который присоединился к бойскаутам в возрасте 9 лет и прошел 120 миль по пустыне Нью-Мексико, заметил нечто странное: «Никто из тех, с кем я работал, не использовал набедренный ремень», - вспоминает он. «Вы действительно не можете использовать набедренный ремень со всей вашей экипировкой».
Это наблюдение послужило толчком к исследованию, опубликованному в прошлом месяце в журнале Human Factors, об экономии энергии за счет использования набедренного ремня при переноске груза. После ранения в левое колено во время перестрелки, Пигмен решил продолжить заниматься физкультурой и биомеханикой в качестве послевоенной карьеры. Его магистерское исследование, проведенное Питером Хосиком из Государственного университета Монклера, было сосредоточено на том, чтобы лучше переносить грузы, с которыми он столкнулся в долине Коренгал, - тема, которая оказалась на удивление малоизученной.
Исследование набедренного ремня было довольно простым. У Pigman было 15 человек, которые несли 53-фунтовый рюкзак ALICE на беговой дорожке в течение 10 минут в выбранном вами темпе, с застегнутым набедренным ремнем и без него. Конечно, потребление кислорода и субъективно воспринимаемое усилие были немного ниже к концу прогулки с набедренным ремнем. Хотя различия через 10 минут были незначительными, они быстро складываются, когда вы идете часами или днями. «Если снижение расхода энергии достаточно велико, - говорит Хосик, - это может позволить людям ходить дольше или быстрее, или даже уменьшить количество еды, которое им нужно упаковать».
Однако больше всего мое внимание привлекли все пробелы и неопределенности в существующей литературе по рюкзакам. В поддержку, казалось бы, очевидного утверждения о том, что для переноски более тяжелого рюкзака требуется больше энергии, Пигман и Хосик процитировали относительно недавнюю статью от 2014 года. Когда я просмотрел эту статью, ее первое предложение было: «Хотя люди явно тратят больше энергии, чтобы ходить с ней. дополнительная нагрузка, неясно, какие биомеханические механизмы способствуют этому увеличению ».
Однако больше всего мое внимание привлекли все пробелы и неопределенности в существующей литературе по рюкзакам.
Действительно? Мне было трудно поверить, что мы не знаем, почему носить тяжелый рюкзак труднее, чем легкий. Поэтому я позвонил Максу Донелану, главе Лаборатории локомоции Университета Саймона Фрейзера в Ванкувере.
Проблема, как объяснил Донелан, заключается в том, что процесс ходьбы намного сложнее, чем многие из нас думают: «Поскольку это подсознательно, мы думаем, что ходить легко». Он отметил, что в научной фантастике эпохи Исаака Азимова все предполагали, что в будущем у нас будут спортивные, но тупые роботы. Вместо этого у нас есть Deep Blue и Watson, но ходячие роботы пока не могут опередить двухлетнего ребенка.
Ключевым моментом в ходьбе с точки зрения физики является то, что вы не выполняете механической работы в целом, если едете с постоянной скоростью по ровной поверхности. У вас такое же количество кинетической и потенциальной энергии в начале похода, что и в конце - это означает, что, как бы вы ни себя ни чувствовали, вы не выполняли никакой чистой работы, поскольку работа - это изменение энергии. Донелан отмечает: «Теоретически вы можете заставить лишний вес« исчезнуть », потому что вам не нужно проделывать с ним какую-либо чистую механическую работу», - отмечает Донелан.
На практике, конечно, ходьба со стаей или без нее требует усилий. С каждым шагом ваш центр масс поднимается и опускается по дуге, как перевернутый маятник. Еще в 2002 году Донелан и его коллеги показали, что большая часть энергии, которую вы сжигаете во время ходьбы, происходит от перехода от одного качания маятника к другому: отрицательная работа коленного сустава для торможения при приземлении стопы, затем положительная работа лодыжки для снова оттолкнуться.
Поэтому, когда вы пристегиваете рюкзак, фактическая стоимость поддержки его против силы тяжести не имеет большого значения. Вместо этого он замедляется, а затем снова ускоряется с каждым шагом, который требует затрат энергии - вот почему некоторые исследователи преследуют такие идеи, как подвешенные пакеты, которые противодействуют некоторым из этих движений вверх и вниз. Это может дать большую экономию на ровной поверхности; Однако как только вы начнете подниматься на холм, вы не сможете не тратить энергию на то, чтобы поднять рюкзак против силы тяжести.
Конечно, стоимость энергии - не единственное, что нужно учитывать при проектировании рюкзака. Пигман, который сейчас работает над докторской степенью. в биомеханике в Университете Делавэра, скоро появятся новые данные о передаче силы различным частям тела. Предполагается, что набедренные ремни перераспределяют силу от плечевых мышц к гораздо более крупным мышцам вокруг бедер, что должно улучшить комфорт и сопротивление усталости, даже если вы сжигаете такое же количество энергии в целом. Они также снижают риск «паралича рюкзака» из-за сдавления нервов под плечевым ремнем.
Но даже эти факторы не так однозначны, как я мог подумать. Покопавшись в военной литературе по переноске грузов, я обнаружил, что существует огромное количество исследований, с которыми я, как давний путешественник, никогда не сталкивался, отвечая на вопросы, которые я даже не думал задавать.
Где наиболее эффективно разместить груз? Вы не поверите, но это на вашей голове. В 1980-х годах исследователи сообщали, что женщины в Кении и других странах Восточной Африки несут до 20 процентов своего веса либо на голове, либо на ремне на лбу (как иногда используют носильщики в Непале), не тратя лишних сил.. Проблема, как указывает обзор журнала «Военная медицина», заключается в том, что на то, чтобы научиться это делать, уходит слишком много времени.
Здесь есть много интересного, о чем я надеюсь подробно рассказать в следующих статьях. А пока достаточно сказать, что вы должны убедиться, что в вашем рюкзаке есть правильно подогнанный набедренный ремень, и пристегнуть его.
«Я знаю, что набедренный ремень широко используется в мире отдыха», - говорит Пигман. «Но в вооруженных силах он не используется, и я считаю, что дизайн рюкзака для боевого применения должен быть направлен на создание лучшего интерфейса между стаями и телами для наших бойцов».
Обсудите этот пост в Twitter или Facebook, подпишитесь на электронную рассылку Sweat Science и посмотрите мою готовящуюся к выходу книгу «ВЫДЕРЖАТЬ: разум, тело и удивительно эластичные пределы человеческой деятельности».