情報処理学会 インタラクション 2018
IPSJ Interaction 2018

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無限電気味覚ガム：圧電素子の咬合を用いた
口腔内電気味覚装置
大場 直史1

青山 一真2

中村 裕美3,†1

宮下 芳明2

概要：近年ではバーチャルな味覚再現や食品の味覚制御を行う研究で電気味覚が応用されている．これらのシステムでは，電源の供給方法は外部から有線で給電するか，バッテリーを内蔵するものであった．しかし前者ではケーブルの取り回しが煩雑であり，後者では利用時間の短さや液漏れが懸念される．そこで筆者らは圧電素子を用いた口腔内味覚提示装置を提案する．圧電素子は圧力を加えることで電気が生じるセラミックを主成分とする素子であり，口腔内咀嚼時の噛む力でも発電が起こる．筆者らはこれを電気味覚装置の電源として用いることで，口腔内でシンプルかつ安全な機構にできるほか，半永久的に味覚提示が可能な，いわば「無限電気味覚ガム」が実現できると考えた．本稿では実験より味覚提示に必要な電流の強さを満たすことと，味覚器で苦味と金属味を知覚できたことを報告し利用の可能性を示した．

UnlimitedElectricGum : Proposition of Electric Taste Apparatus
by Chewing Piezoelectric Element in Mouth
Ooba Naoshi1

Aoyama Kazuma2

Nakamura Hiromi3,†1

1. はじめにMiyashita Homei2

せ [5] や，提示箇所による味質の感じ方を調査した [6]．
また飲食時に電気刺激を提示することで，食材への味電気味覚とは，舌や口腔内に存在する味覚器へ電気刺激の付加や，味の制御を試みた研究がある．本稿第 3 筆者を提示した際の味のような感覚である．この現象は 1752

らは 2010 年に飲食物を介在させる電気味覚の提示手法を年に発見され [1]，人間の味覚器の機能を検査する電気味覚

提案 [7]，後に適用例として塩分を用いない塩味味覚感度計の開発に利用されてきた [2][3]．近年ではバーチャルな制御 [8] を行っている．有賀らは味覚器に提示する電気の味覚の提示と，食品の味を制御する試みがなされている．

極性を変えることで，スープの味が変化することを示し

Nimesha らは電気の提示パターンでさまざまな味質を再た [9]．本稿第 2 筆者らは顎部電気刺激を用いることで口現できることを示した [4]．さらに温度提示との組み合わ

腔内に電極を設置しない手法 [10] と，咽頭への味覚提示を

12

3

†1

明治大学大学院 先端数理科学研究科 先端メディアサイエンス専
攻Program in Frontier Media Science, Graduate School of Advanced Mathematical Sciences, Meiji University
明治大学 総合数理学部
Faculty of Interdisciplinary Mathematical Sciences, MeijiUniversity
明治大学大学院 理工学研究科
Program in Frontier Science and Innovation, Graduate
School of Science and Technology, Meiji University
現在，産業技術総合研究所 情報技術研究部門 メディアインタラクション研究グループPresently with Media Interaction Group, Information Technology Research Institute (ITRI), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)© 2018 Information Processing Society of Japan示した [11]. 食塩摂取量をコントロールする医療機器としての利用だけでなく，飲食行為の楽しさを拡張する方法としても期待されている．
これまでの研究ではいずれも電気を外部から供給する必要がある．外食時や人目に付く場所では特殊な食器類や配線の利用は難しいと考えられる．小型バッテリーを口腔内に設置する場合，利用可能な時間の短さだけでなく誤飲による人体への影響が懸念される．
そこで筆者らは圧力を加えることで電気を生じる圧電素子に着目した．人間がある程度の硬さや大きさを持つ食品

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図 2

唾液の影響を受けない舌部への提示を再現する回路.

触させる両極型と，どちらか片方を他の部位に取り付ける一極型がある．提示する極性によって味質の違いや塩味阻
図 1

圧電素子を利用した味覚提示装置プロトタイプ（上）とカバー（左下），導線を折り曲げた状態（右下）.

害が生じる [14] ため，近年の研究では一極型を用いることが多い．今回は提示が容易な両極型で実験を行う．
圧電素子をラミネートする際に，陽極・陰極へそれぞれを摂取する際は，咀嚼を必要とする．この咀嚼時の咬合で短冊状の銀板を挟み込むことで導線並びに電極とした．こ

発生する力を用いて圧電素子を発電させることで、外部かの電極の横幅は 3mm 程度，厚さは 0.1mm である．一部配らの給電なく半永久的に動作する電気味覚装置を作成でき線はショートを防ぐため，間にプラスチックフィルムを挟ると考えた．圧電素子の主要な素材であるセラミックは生んでいる．

体適合率が高く，誤って飲み込んでしまった場合でも人体への影響が少ないと考えられる．また装置の破損が起きない限りは連続利用できることも優れる．すなわち「無限電気味覚ガム」も実現可能で，さらには基本五味を制御して万能な味も提示可能になる将来性を秘めている．

3. 噛む力と電流量の測定
3.1 実験
作成したプロトタイプを噛むことで，電気味覚提示が可能な電流量を得られるかを調査する．年齢によって異なる

本稿ではこの「無限電気味覚ガム」のプロトタイプを提が，味覚を感じる標準的な電流の閾値は 8µA 程度 [15] と案する．2 章で装置の構成について述べ，3 章，4 章で咬合され，電気味覚計では 4-400µA の範囲で用いられる [16]．

時の電流量測定と味覚器への提示を行った結果について述従って 4µA を超える電流量を得られれば，電気味覚提示べる．

が可能であると考える．

2. システム2.1 圧電素子

人体へ電気刺激の印可を行わず，有効な電流量を測定す
るには人体を模した回路構築が必要である．舌表面へ電気刺激を提示した際，通電経路は舌内部と口腔内に溜まって圧電素子とは水晶等の結晶構造に圧力をかけた際に生じいる唾液の２経路が考えられる．それぞれの抵抗値を用いる，表面の電荷が偏る現象（圧電現象）を発電に利用するた回路で電流量を求めようとしたが，有効な唾液の抵抗値ものである．この素子に力を加えることで，結晶部の歪みは既存の文献より得ることができなかった．この実験ではに応じた電圧及び電流を瞬間的に得ることができる．1880

すべて舌内部を通った場合の回路を構築し，測定を行う（図年に Jacques らが，物質の温度変化と電荷分極の知見（焦2）．舌の抵抗値は人体の電気抵抗を参考にした [17]．人体電効果）をもとに圧電効果を示した [12][13]．これとは逆の電気抵抗は内部抵抗（500Ω）と皮膚の接触抵抗（濡れてに電界を与えることで物質の変形が生じる逆圧電効果も後いる場合は 0-300Ω）の合算値であるため，800Ω を用いる．に発見されている．現在この素子はライターの着火装置や圧力センサ，発電床に利用されている．

噛む力の測定には圧力センサを用いる．圧力センサは圧電素子とカバーの間に挟み，キャリブレーションを行って今回利用した圧電素子は直径 15mm（結晶部 12mm）のから利用した．噛む位置は上下の第一大臼歯と第二大臼歯ものを利用する．唾液や口腔接触によるショートを防ぐた（図 3）で行うよう，測定開始前に図を用いた指示をする．

め，プラスチックフィルムによるラミネート加工を行った

測定は左右の奥歯でそれぞれ 2 セット，1 セットあたり（図 1 上）．咬合時に力を加えやすくするため，アクリル製5 回連続の咬合を行わせる．煎餅のようにかみ砕くのではのカバーを貼り付けた．このカバーは突起をつけた側と受なく，ガムを繰り返し噛むイメージで行うように指示する．

け皿となる側に分かれており（図 1 左下），力を掛けることセット毎に左右を入れ替え，必要に応じて休憩を設けた．

で間に挟んだ圧電素子を歪ませやすい構造になっている．

実験参加者は筆者含む 23-24 歳の男性 4 人である．
実験時にディジタルオシロスコープより得られたのが図

2.2 電極電気刺激の提示方法には陰極と陽極の両方を味覚器に接© 2018 Information Processing Society of Japan

4 の波形である．咬合に合わせて電圧が生じ，そのピークを超えた後にほぼ同じ大きさの逆の電圧を生じていること

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図 6 唾液の影響を含めた舌部への提示を再現する回路.
図 3 プロトタイプを噛む，第一大臼歯と第二大臼歯の位置.

3.2 考察電気味覚提示に必要な電流は 4µA とされ，この実験の最も弱い電流のピークは 2mA であった．よって味覚提示は可能であると考える．電流はごく短い時間を流れていたが，味覚提示に用いられる値を大きく上回っていた．必要に応じて提示時間を伸ばし，電流量を下げる対応が考えられる．
実験後に舌だけでなく口腔内の唾液も通電する場合を調査した．図 6 のような並列回路を構築し，4µA を満たす唾
液の抵抗値下限を求めると，300Ω 程度であった．海水及図 4ディジタルオシロスコープによる電圧の観察.

び食塩水の電気抵抗率は 2.0 × 10−1 Ωm 程度とされ，唾液の電気抵抗率及び抵抗値も人体に比べて低い値を持つと推測できる．飲料を口に含んだ状態や咀嚼によって唾液が多くなった場合は感じる味が弱くなる可能性がある．

4. 味覚器への適用
4.1 実験
前章の実験では，圧電素子の咬合によって発生する電流量が電気味覚の提示が可能な値であることが示された．本章では，プロトタイプ使用時にこの電気刺激が電気味覚として感知できるかについて報告する．この実験参加者は筆者本人のみである．
図 5

プロトタイプを噛む力と得られた電流の関係.

表 1
参加者

実験１：参加者毎の噛む力と電流量の平均
噛む力 [kgf]
分散
電流量 [mA]
分散

導線部を折り曲げ，プロトタイプを噛んだ際に口腔内や舌に電気が流れるようにした（図 1 右下）．噛む位置は前の実験と同じ位置で行う．
筆者が噛んだ瞬間と離した瞬間に苦味と金属味が強調さ

p1

1.69

0.36

6.08

0.75

れた．また極端に弱い場合を除いて，噛んだ強さによる味

p2

2.340.31

7.84

5.66の鮮明な変化は感じられなかった．実験中に舌などに痺れ

p3

1.40

0.04

3.50

0.60

はなかったが，後に先の硬いペンで勢いよく叩いた場合は

p4

2.53

1.89

6.96

1.41

痛みを感じることがあった．

が読み取れた．噛むスピードは特に指示をしていないが，1000ms 程度の周期で行われていた．

4.2 考察先行研究 [4] では，味覚器に電気刺激を提示した際に苦各参加者の噛む力と得られた電流のピークをプロットし味や金属味，塩味を感じたと報告している．このプロトタたものが図 5，平均を纏めたものが表 1 である．全ての実

イプからはじわじわとした金属味を感じられたため，電気験参加者に対して，電気味覚の提示に必要とされる電流量味覚提示が行えたと考えている．

を超えていることが分かった．また，掛けた力に応じて電流量が増加する傾向が読み取れた．

© 2018 Information Processing Society of Japan

ペンで勢いよく叩いた場合をディジタルオシロスコープ
で測定したところ，歯で噛んだ場合よりもやや強い電流が589

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短い時間に生じているとわかった．提示する電流のパルス
回数や幅による味の違い [18] と合わせた詳しい調査が必要である．

5. 展望

[7]

[8]

本稿では提示に必要な電流の強さが得られたことに加え，味覚器で苦味と金属味を感じられたことから，圧電素子の咬合による電気味覚提示は利用可能だと結論できる．

[9]

しかし，より強い味の提示を可能にすることが今後の課題となろう．圧電素子を利用した装置によって味覚を感じることと，噛む力によって電流量が変化することは分かったが，ユーザが味の強弱をコントロールし，それを知覚す[10]る段階までには至っていない．筆者らは電流量を増加させることと，電流の流れる時間を長くする 2 つのアプローチによって解決を考えている．電流量の増加は，唾液の影響[11]により舌へ流れる電流量の減少に対応するものである．利
用する圧電素子の枚数を増やし，より大きな電圧及び電流[12]を得ることで知覚がしやすくなる可能性ある．
また，噛んだ瞬間と離した瞬間には大きな電流量が得られているが，極性の反転により減衰も速い．これをうけ，[13]

筆者らは電流の持続時間を長くする方法の一つとしてコンデンサの組み込みを考えており，その試作と有効性の検証を行いたい．

[14]

現在は電極とカバーが分かれているが，これらの一体化によってさらに小型な味覚提示部や電極のカスタマイズを実現できる．カバー形状や素材による噛み応えのデザインについても検証予定である．

[15]
[16]
[17]

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[2]

[3]

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