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無配線コンピュータを創る

研究報告コード R993100977
掲載日 2007年5月11日
研究者
  • 青木 孝文
研究者所属機関
  • 東北大学大学院情報科学研究科
研究機関
  • 東北大学大学院情報科学研究科
報告名称 無配線コンピュータを創る
報告概要 VLSI配線の性能限界を克服する酵素トランジスタ(A)分子素子モデルによる無配線集積回路(B)の実現可能性を実証し,Bによる人工的反応拡散場(C)を利用した新規コンピューティング/信号処理パラダイムを検討した。B実現のため,動作を微分方程式モデルで模倣でき分子濃度信号を表現する増幅回路・論理回路が構成できるAを提案した(図1)。グルコースデヒドロゲナーゼのキノン/ヒドロキノン仲介電子授受による電流をPt電極デバイスで制御するA制御動作原理を実証した(図2)。次にマイクロ電極アレーで酸化還元サイクルを制御し,集積化AによるC形成を実証した。3種のAを配置した二次元Aネットワークシミュレーションで反応拡散波を発生し,生物形態形成の数理モデルを再現した(図3)。これら反応拡散ダイナミクスは複雑な問題を超並列的に解くことが可能であった。B上でAネットワークを利用する経路探索・画像強調アルゴリズムは,現在のコンピュータ上でも,興奮性反応拡散波伝搬により最適経路を導出でき,ディジタル反応拡散システムにより指紋画像の修復ができた。
研究分野
  • 酸化,還元
  • 酵素の応用関連
  • 人工知能
  • トランジスタ
  • 集積回路一般
関連発表論文 (1)T.Aoki,M.Hiratsuka and T.Higuchi,“Enzyme transistor Circuits,”IEE Proceedings…Circuits,Devices and Systems,Vol.145,No.4,pp.264-270,Aug.1998(IEE MOUNTBATTEN PLEMIUM AWARD受賞).
(2)M. Hiratsuka, T. Aoki and T. Higuchi, “Enzyme transistor circuits for reaction-diffusion computing,” IEEE Transactions on Circuits and Systems-I, Vol. 46, No. 2, pp.294-303, Feb. 1999.
(3)M. Hiratsuka, T. Aoki and T. Higuchi, “Pattern formation in reaction-diffusion enzyme transistor circuits,” IEICE Transactions on Fundamentals, Vol. E82-A, No. 9, pp. 1809-1817, Sept. 1999.
(4)M. Hiratsuka, T. Aoki, and T. Higuchi, “Enzyme transistor circuits for biomolecular computing,” Proc. the 27th IEEE Int. Symp. on Multiple-Valued Logic, pp. 47-52, May 1997.
(5)T.Aoki,M.Hiratsuka,and T.Higuchi,“Amodel for biomolecular computing,”1998 Int.Workshop on Advanced LSIs,pp.39-44,July 1998(招待講演).
(6)M. Hiratsuka, T. Aoki, and T. Higuchi, “Pattern formation in enzyme transistor circuits with diffusive coupling,” Proc. 1998 Int. Symp. on Nonlinear Theory and its Applications, Vol. 1, pp. 351-354, September 1998.
(7)平塚眞彦,青木孝文,樋口龍雄,“酵素トランジスタによる興奮性反応拡散場,”信学技報,CAS97-52,NLP97-78,pp.1-8,September 1997.
(8)平塚眞彦,青木孝文,樋口龍雄,“拡散で結合された酵素トランジスタ回路における不安定化とパターン形成,”信学技報,NLP98-23,pp.7-14,June 1998.
(9)藤田渉,青木孝文,樋口龍雄,“ディジタル反応拡散システムとその応用,”信学技報,NLP98-37,pp.51-58,June 1998.
(10)藤田渉,青木孝文,樋口龍雄,“ディジタル反応拡散システムに関する基礎的検討,”平成10年度電気関係学会東北支部連合大会,2G23,p.285,August 1998.
(11)藤田渉,青木孝文,樋口龍雄,“指紋画像処理のためのディジタル反応拡散システムの設計,”信学技報,NLP98-79,pp.9-16,November 1998.
(12)藤田渉,青木孝文,樋口龍雄,“ディジタル反応拡散システムに基づく指紋画像の復元,”第38回計測自動制御学会学術講演会,114C-5,pp.313-314,July 1999.
(13)平塚眞彦,青木孝文,樋口龍雄,“反応拡散酵素トランジスタネットワークとその応用,”平成11年度電気関係学会東北支部連合大会,2G5,p.222,August 1999.
(14)山口剛,青木孝文,樋口龍雄,“反応拡散コンピューティングモデルに基づく経路探索アルゴリズム,”平成11年度電気関係学会東北支部連合大会,1B12,p.45,August 1999.
研究制度
  • さきがけ研究21、「知と構成」領域/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • 青木 孝文. 無配線コンピュータを創る. 「さきがけ研究21」研究報告会「知と構成」領域 講演要旨集(研究期間1996-1999),1999. p.61 - 66.

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