表面光溜溜的胶囊内窥镜是如何在消化道内前行的？

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下图照片上的胶囊直径11mm、长24mm，比胶囊药剂略大，表面呈金属光泽。这是日本九州工业大学伊藤高广教授开发的“可在消化道内移动的胶囊”。伊藤教授准备在其中嵌入摄像头和LED照明，制成自走式胶囊内窥镜*。

*现在的内窥镜是通过从鼻子或咽喉插入导管将探头送到胃肠部的。这会让很多患者感觉不舒服或痛苦。另外，市面上也有随水一起吞服的胶囊内窥镜，但从吞下去到排出体外需要长达6～8小时的时间。而如果使用自走式胶囊内窥镜，则可以大幅缩短检查时间。另外，自走式胶囊内窥镜还可以控制检查的部位。

这种胶囊的移动机制非常有意思。以前的自走式胶囊内窥镜是通过移动表面的凹凸及摆动鳍部而向前移动的。而这款新型自走式胶囊的表面非常光滑，所以给人体造成的负担更小。那么，它是如何前行的呢？

答案是利用振动！

从铝合金外壳的中央打开，便可从其中取出控制电路和致动器（图1）。致动器是轴状钕类磁铁（中心轴）贯穿圆柱状空心线圈，轴的两端用树脂固定在内壁上的构造（图2）。其中，中心轴由2根棒状磁铁连接而成，从左向右按照N极-S极-S极-N极的顺序排列。

图1：在消化道内行走的胶囊的构成部件。圆柱状空心线圈、作为中心轴的磁铁、安装在中心轴两端的壁材、在柔性基板上形成的控制电路、里面有螺纹的铝合金外壳。实际上，里面装有纽扣电池。

图2：在消化道内行走的胶囊的构造。通过改变通入线圈的电流方向来控制线圈的磁场方向。从而使线圈沿中心轴振动。

胶囊的移动机制如下（图3）。1.向位于中心轴中央的线圈通入电流，使线圈左侧为N极、右侧为S极。这时，线圈从中心轴左端的N极受到排斥力，而从中心轴右端的N极受到吸引力，因此向右移动。这时，虽然有向左的反作用力作用于胶囊，但比向右的摩擦力要小，因此胶囊不动。

图3：在消化道内行走的胶囊的移动机制。中心轴由两块磁铁连接而成，使左端和右端都是N极。 1.当线圈位于中心轴中央时，向线圈中通入电流，使线圈左端为N极，右端为S极。这时，线圈受到轴左端的排斥力，受到轴右端的吸引力，从而向右移动。这时，向左的反作用力被摩擦力抵消，因此胶囊不动。 2.线圈碰到右壁，受到冲击力，使胶囊向右移动。 3.然后向线圈通入反向电流，更换线圈的磁极，使其左侧受到吸引力而右侧受到排斥力，从而使线圈向左移动。另外，在线圈碰到左壁前再次改变线圈的电流方向，重复1～3的步骤。这种线圈的振动和与壁材的碰撞作用使胶囊移动。

2.向右移动的线圈撞到中心轴右端的壁上时，会产生一很大的向右冲力，导致胶囊向右移动。3.再向线圈中通入反向电流。这时，线圈左侧变成S极，右侧变成N极，线圈向左移动。这时，在撞到中心轴左壁之前，通入反向电流会使线圈停止移动，因此不会产生很大的冲击力。因此，胶囊不会向左移动。在这种线圈的振动和与壁材的碰撞之下，胶囊能以10mm/s左右的速度前行。

其实是通过左右改变加载在线圈上的电压大小和时间来控制线圈的振动的。比如，想让线圈向右移动时，可加载约3V的电压1/60s，想让线圈向左移动时，可加载1～2V的电压1/80s。这样，线圈会碰到右壁，从而使胶囊向右移动。当然，通过左右更换电压，还可以使线圈向左移动。也就是说，线圈既可以前行也可以后退。（作者：近冈 裕，日经技术在线！供稿）