科學研究 - 日本製成全球首個能運送沙土的蠕動泵

蠕動泵是一種工業設備，透過機械方式類比腸道蠕動來運送物體。日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）與竹中工務店、日本中央大學中村研究室合作，共同開發了一款能夠運送沙土的蠕動泵，並製出了試驗機（圖1）。

圖1：可運送沙土的蠕動泵（左：小型機　右：大型機）

用蠕動泵運送沙土存在的課題是，如何減輕因沙粒的性質和含水比而異的運送阻力。爲此，研究團隊分析了沙粒的性質、含水比與運送特性之間的關係，爲減輕沙土凝結成塊產生的運送阻力，改變了橡膠管的形狀，透過設置可在運送途中調整含水比的機構，實施了沙土的運送。

另外，此次開發的沙土運送蠕動泵分別製作了小型機和直徑爲小型機2倍的大型機。在規模效應和容量增加的乘積效應下，大型機的沙土運送體積達到小型機的8倍以上。此外，大型機不僅僅實施了大型化，還瞄準在建設現場的實際應用實施了各種改良，包括削減連接部件、簡化部件形狀、節省單元更換步驟、防止框架堵塞等，還根據人造肌肉和橡膠管的耐久性重新進行了設計。不僅如此，研究團隊同時還開發了蠕動泵的控制程式和界面，由此能輕鬆控制靈活的動作。

蠕動泵以機械方式類比腸道的蠕動運動，並在運送路徑上分散配置加壓機構，在與外界隔絕的狀態下運送物件物體，因此能量損失較小，理論上可抬升的高度沒有極限。以往的蠕動泵雖然運送過高流動性的液體、粘液和泥漿（液體與固體顆粒的懸濁液），但從未用來運送過流動性較低的沙土。

該試驗機將在2019年12月18日至21日於東京有明國際會展中心舉行的「2019國際機器人展」的中央大學展區展示。

蠕動泵透過連接多個圖2（b）所示的單體泵單元構成。單體單元如圖2（c）所示，利用法蘭接合外側的人造肌肉和内側的橡膠管，在二者之間形成氣室。從外部向氣室施加氣壓，人造肌肉會向半徑方向的外側膨脹、向軸方向收縮，同時，橡膠管向内側膨脹，阻塞管路。這樣就透過人造肌肉和橡膠管再現了腸道的蠕動運動。