これが「かみかみセンサー」。あごの下にセンサースイッチが付いており、カウンターには咀嚼回数と咀嚼時間が表示される。

発案者の安富和子先生。歯科衛生士の資格を持つほか、日本咀嚼学会の会員でもある。

今回の調査テーマは、噛む回数を計測する子供用の咀嚼カウンター「かみかみセンサー」。まずは写真をみてほしい。女の子があごに付けているのが「かみかみセンサー」の本体で、手に持っているのがスイッチと液晶画面が付いた表示カウンター部。噛む度にあごが本体のセンサースイッチを押し、咀嚼回数が自動的にカウントされる仕組みだ。あごの運動を捉えて電気信号に変換しているわけである。コンピュータや通信機能を駆使した大がかりな仕組みではないが、身体の動きを情報化して利用しているという点では、これも立派なITの応用例といえる。
それにしても、咀嚼の回数を計るカウンターがあるとは想像もしなかった。いったい誰がこんなユニークな装置を作ったのだろう？

「かみかみセンサー」の発案者は、長野県下伊那郡喬木第二小学校の養護教諭、安富和子先生。先生が長野県駒ヶ根市立赤穂南小学校で教えている頃に着想したアイデアが元になっているという。
「今から８年くらい前、子供たちと一緒に給食を食べていて気が付いたんです。食べ物を飲み込めず、いつまでも口の中でもぐもぐしている子供がいる。リンゴをかじれない子供、口をポカンと開けている子供、食べるのが極端に遅い子供……。何かおかしい。もしかしたら子供たちの咬合力（噛む力）に問題があるのではないか。そんな疑問がわいたんです」

安富先生は専用の医療機器で子供たちの咬合力を測定してみた。一般的に咬合力は、自分の体重くらいあるのが普通。ほとんどの子供は体重以上の咬合力があったが、約10％の割合で体重以下の子供がいた。「中には体重の半分しか咬合力がない子供もいました。そうした子供は鼻呼吸がうまくできないといったように、食べ方自体に問題を抱えている場合が多いんです」
安富先生は授業で育てた大豆で炒り大豆を作り、毎日10〜15粒を一ヶ月に渡って子供たちに食べさせてみた。その結果、咬合力は徐々にアップ。同時に子供たちの意識にも変化が現れてきたという。「硬い食べ物に対する抵抗感がなくなってきたんです。よく噛むようになり、硬いおやつを選ぶ頻度が増えました。早食いする子供も減りましたね」

「噛む」行為を意識すれば咬合力が高まり、食べ方そのものも変わってくる。そのことに気付いた安富先生は、子供たちに噛むことを意識させるための道具を作ろうと考えた。つまり、噛む回数をカウントする装置である。
「ただやみくもに噛みなさいと言うのでは説得力がありません。噛んだ回数が分かれば子供は具体的な目標を立てられるし、もっと噛もうという動機付けにもなります。また、私自身も子供たちが実際にどのくらい噛んで食べているのかを知りたかった。歯科校医さんに言われた『今日の給食は噛み応えがないですね』のひと言もきっかけになりましたね」

安富先生の頭の中に芽生えた、子供用咀嚼カウンター「かみかみマシーン」（当時の名称）のアイデア。だが、機械や電気の知識がない安富先生が自分で装置を作るのは無理だった。そこで、かつての教え子に依頼して作ってもらったのが耳栓式のカウンター。「残念ながらこの装置は失敗でした。会話を拾ってしまい、咀嚼回数を正確に測定できなかったんです」
あきらめきれない安富先生は、このアイデアを事ある毎に周囲の人々に伝えたという。誰かが手を挙げてくれるかもしれないという期待を込めて。幸運な出会いは2005（平成17）年にやってきた。近くの長野県立駒ヶ根工業高等学校に勤務していた高田直人先生（現在は長野県飯田工業高等学校勤務）が、「面白そうですね。私が作ってみましょう」と協力を申し出てくれたのである。高田先生は著作も持つ電子工学の専門家。「高田先生との出会いがなければ『かみかみセンサー』は誕生しませんでした」と安富先生が振り返るほど、ベストな人材だった。
ただし開発資金はゼロ。材料費も持ち出しで、開発には自分のプライベートな時間を充てることになる。高田先生はなぜこの話を引き受け、どのようにして開発を進めたのだろう？

開発者の高田直人先生。専門はマイコンを使った制御技術教材の開発。安富先生の考え方に共感し、開発がスタートした。

試行錯誤の末に完成した試作品。手作り感にあふれるが、背景には確かな理論と実証データがある。

試作品のマイコン及び表示部。ケースに収納しているのは、子供の使用が前提だから。

正確なスイッチ位置はカット＆トライと厳密な測定データから見つけ出した。

「まだ世の中にない装置だから興味がわいた、というのが主な理由ですが、安富先生の熱意に打たれたというのも大きいですね」 高田先生は、「かみかみマシーン」の開発を引き受けた経緯をそう語る。ただ、耳栓式の装置を見せられた時、これは無理だとすぐに分かったらしい。「耳栓に仕込んだマイクで音を拾い、それを増幅してカウンターに直接送り込む仕組みでした。これでは咀嚼運動だけじゃなく、会話や周囲の雑音まで拾ってしまいます。とはいえ、私も自信があったわけじゃないんですけどね（笑）」

では、何をどうすればいいのか。高田先生は子供のあごの動きに注目した。会話と咀嚼では、あごの動きに明らかな違いがある。咀嚼時のあごの動きを検証すれば、そこから何かヒントが得られるかもしれない。高田先生はテスターとなった自分の子供のあごに加速度センサーを付け、あごの動きを三次元的に計測してみた。
「あごの左右の動きをＸ軸、前後の動きをＹ軸、上下の動きをＺ軸とします。データを見ると、Ｘ軸はほとんど動いていません。Ｙ軸には振幅がありますが、幅が小さくて動きをメカニカルに捉えるのは難しい。最も大きな振幅を示すのはＺ軸です。一度大きくマイナス方向（つまり下方）に振れ、プラス方向に戻ってから小さな上下の動きがしばらく続く。データから、大人も子供も１秒間に約２回、あごを動かしていることが分かりました。では、会話時にＺ軸はどうなるか。咀嚼よりも小さな振幅の連続になるんです。喋る時、私たちは小刻みにあごを動かしているんですよ」
このＺ軸の動きに着目し、一定以上の振幅だけを抽出してあごがセンサースイッチに触れるようにすれば、咀嚼回数を正確にカウントできる。試作品の形が見えてきた。デジタル信号処理を駆使すれば咀嚼音だけを抽出できるかもしれないが、開発が長期化する恐れがあるし、コストもかかりすぎる。低予算で作ることは安富先生と決めた開発の前提条件だった。

試作品を作るにあたってまず高田先生が用意したのは、動作圧力0.16Ｎ（ニュートン）、ストローク12ミリで動作する市販の小型リミットスイッチとヘアバンド。「スイッチは300円くらい。ヘアバンドは100円ショップで買いました（笑）」
カウントの際にはスイッチが誤動作し、咀嚼ではない小刻みなあごの振動を感知する可能性もある。それを切り分けるためにはマイクロコンピュータが必要だった。「マイコンのプログラムで咀嚼とそれ以外の動きを区別しています。ハードは一晩で設計できましたが、ソフトのプログラミングは思いのほか大変でした」
噛む度にLEDが点滅し、回数に応じて電子音やメロディーが流れるようにしたのも高田先生のアイデア。「子供たちが積極的に使いたいと思うような動機付けが必要でした。光や音のアクションは楽しいですからね」
１チップマイコンと小さな液晶表示部、そして電源を用意して、「かみかみマシーン」の原型が完成した。製作原価は約4000円。早速、安富先生の学校へ持ち込んで実装テストを行った。

ところが、ここからが試行錯誤の連続だったという。まず、逆さにしたヘアバンドをこめかみに挟む方式では、子供の顔が小さいため、使っているうちにずり落ちてしまう。ならばとゴムバンドで頭の上から保持する方式を考えたが、今度はスイッチがずり上がって機能しなくなった。三度の改良でヘッドホン式に改めたが、子供の髪は滑るため、装置が後方へとずれてしまった。
「装着方法にはかなり手こずりました。でもそうこうするうちに、会話と咀嚼を鋭く切り分けるスイッチのベストポイントを見つけたんです。あごの先端から約２センチ後方。あごの先端だと咀嚼の度にスイッチはどんどん押し下げられますが、この位置だとスイッチは喉側へ押されるだけで、すぐ元の位置へと戻るんですよ。スイッチ位置をここに固定するため、新たにヘアバンドの内側にストッパーを付けました。部品はエアコンの排水ホース（笑）。同時にヘアバンドの代わりに園芸用の針金を使って、本体を耳掛け式に変えました」

この段階で試作品はほぼ完成。だが、サイズの問題は最後まで残った。「子供は年齢で顔の大きさが全然違います。スイッチを正しい位置にキープするためにはフレキシブルな調節機能が必要ですが、試作品では対応できませんでした。それで、幼児用・低学年用・高学年用の３種類を作ったんです」
製品化された「かみかみセンサー」は、一見すると玩具のようにも見える。だが開発者である高田先生の話を聞くと、この製品が科学的な裏付けやさまざまな実証データに基づいて作られた電子機器であることがよく分かる。発想は自由でも、科学的なアプローチを経なければ世に出せる形にはなり得ない。それにしても驚くのは、安富先生と高田先生のこの装置にかける情熱だ。二人とも公務員だから、開発は無償の行為。「子供の健康を守るため、役に立ちたい」という教師としての高い志がなければ、なかなかできることではない。

加速度センサーから得られた咀嚼波形データ。特にＺ軸のあごの動きに注目。