表面光溜溜的膠囊內窺鏡是如何在消化道內前行的？

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下圖照片上的膠囊直徑11mm、長24mm，比膠囊藥劑略大，表面呈金屬光澤。這是日本九州工業大學伊藤高廣教授開發的“可在消化道內移動的膠囊”。伊藤教授准備在其中嵌入攝像頭和LED照明，制成自走式膠囊內窺鏡*。

*現在的內窺鏡是通過從鼻子或咽喉插入導管將探頭送到胃腸部的。這會讓很多患者感覺不舒服或痛苦。另外，市面上也有隨水一起吞服的膠囊內窺鏡，但從吞下去到排出體外需要長達6∼8小時的時間。而如果使用自走式膠囊內窺鏡，則可以大幅縮短檢查時間。另外，自走式膠囊內窺鏡還可以控制檢查的部位。

這種膠囊的移動機制非常有意思。以前的自走式膠囊內窺鏡是通過移動表面的凹凸及擺動鰭部而向前移動的。而這款新型自走式膠囊的表面非常光滑，所以給人體造成的負擔更小。那麼，它是如何前行的呢？

答案是利用振動！

從鋁合金外殼的中央打開，便可從其中取出控制電路和致動器（圖1）。致動器是軸狀釹類磁鐵（中心軸）貫穿圓柱狀空心線圈，軸的兩端用樹脂固定在內壁上的構造（圖2）。其中，中心軸由2根棒狀磁鐵連接而成，從左向右按照N極-S極-S極-N極的順序排列。

圖1：在消化道內行走的膠囊的構成部件。圓柱狀空心線圈、作為中心軸的磁鐵、安裝在中心軸兩端的壁材、在柔性基板上形成的控制電路、裡面有螺紋的鋁合金外殼。實際上，裡面裝有紐扣電池。

圖2：在消化道內行走的膠囊的構造。通過改變通入線圈的電流方向來控制線圈的磁場方向。從而使線圈沿中心軸振動。

膠囊的移動機制如下（圖3）。1.向位於中心軸中央的線圈通入電流，使線圈左側為N極、右側為S極。這時，線圈從中心軸左端的N極受到排斥力，而從中心軸右端的N極受到吸引力，因此向右移動。這時，雖然有向左的反作用力作用於膠囊，但比向右的摩擦力要小，因此膠囊不動。

圖3：在消化道內行走的膠囊的移動機制。中心軸由兩塊磁鐵連接而成，使左端和右端都是N極。 1.當線圈位於中心軸中央時，向線圈中通入電流，使線圈左端為N極，右端為S極。這時，線圈受到軸左端的排斥力，受到軸右端的吸引力，從而向右移動。這時，向左的反作用力被摩擦力抵消，因此膠囊不動。 2.線圈碰到右壁，受到沖擊力，使膠囊向右移動。 3.然后向線圈通入反向電流，更換線圈的磁極，使其左側受到吸引力而右側受到排斥力，從而使線圈向左移動。另外，在線圈碰到左壁前再次改變線圈的電流方向，重復1∼3的步驟。這種線圈的振動和與壁材的碰撞作用使膠囊移動。

2.向右移動的線圈撞到中心軸右端的壁上時，會產生一很大的向右沖力，導致膠囊向右移動。3.再向線圈中通入反向電流。這時，線圈左側變成S極，右側變成N極，線圈向左移動。這時，在撞到中心軸左壁之前，通入反向電流會使線圈停止移動，因此不會產生很大的沖擊力。因此，膠囊不會向左移動。在這種線圈的振動和與壁材的碰撞之下，膠囊能以10mm/s左右的速度前行。

其實是通過左右改變加載在線圈上的電壓大小和時間來控制線圈的振動的。比如，想讓線圈向右移動時，可加載約3V的電壓1/60s，想讓線圈向左移動時，可加載1∼2V的電壓1/80s。這樣，線圈會碰到右壁，從而使膠囊向右移動。當然，通過左右更換電壓，還可以使線圈向左移動。也就是說，線圈既可以前行也可以后退。（作者：近岡 裕，日經技術在線！供稿）