2003 Fiscal Year Annual Research Report
人工的反応拡散場に基づく超並列分子コンピューティング
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15650006
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
青木 孝文 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (80241529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平塚 眞彦 仙台電波工業高等専門学校, 助手 (80331966)
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| Keywords | 分子コンピューティング / 分子計算 / 分子素子 / 集積回路 / 非線形科学 / 反応拡散システム / 画像処理 / 並列処理 |
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| Research Abstract |
平成15年度は,集積回路工学および計算機科学の2つの観点からの研究を並行して行った.
1.平成15年度は,人工触媒素子そのものを集積化されたマイクロ電極デバイスによって実現することを検討した.まず可逆なレドックス分子(キノン/ヒドロキノン等)を情報担体として,その生成・消滅をチップ上に集積化された多数のマイクロ電極デバイス(Pt)で制御することにより,目的に応じた反応拡散場をチップ上の微量溶液中に人工的に形成できることを実験的に検証した.すでに人工触媒素子の1次元/2次元配列の基礎実験などを完了しており,平成15年度はこの結果を発展させ,64個程度の人工触媒素子を2次元配列状に集積化した人工触媒素子チップを試作し,それぞれの素子を外部からプログラム制御するインターフェースを実装した.
2.人工触媒素子による無配線集積回路は,物質濃度の時空間パターンに情報をコーディングするとともに,反応拡散ダイナミクスのパターン形成能力を利用することによって,ある種の問題を超並列的に解くことが可能である.しかし,このような分子のダイナミクスを利用したアルゴリズムの系統的な設計法や計算能力は明らかになっていない.そこで,反応拡散ダイナミクスをテクスチャ生成や画像復元のための多次元フィルタとして利用することに焦点をしぼった検討を行った.本研究代表者は,すでにこのような理論展開のために「ディジタル反応拡散システム(DRDS)」と呼ぶ枠組みを提案している.DRDSを用い,(i)生物系テクスチャ画像の生成,(ii)指紋画像の復元,(iii)2次元経路探索,(iv)ボロノイ図生成などのアルゴリズムを検討した.
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[Publications] Masahiko Hiratsuka: "Implementation of a Redox Microarray : An Experimental Model for Future Nanoscale Biomolecular Computing Using Integrated Circuits"IEE Proceedings -- Nanobiotechnology. 150・1. 9-14 (2003)
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[Publications] Koichi Ito: "Fingerprint Restoration Using Digital Reaction-Diffusion System and Its Evaluation"IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences. E86-A・8. 1916-1924 (2003)
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[Publications] Koichi Ito: "Design of a Digital Reaction-Diffusion System for Restoring Blurred Fingerprint Images"Proceedings of the 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. IV-77-IV-80 (2003)
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[Publications] Koichi Ito: "Digital Reaction-Diffusion System and Its Application to Bio-Inspired Texture Image Processing"Proceedings of the 1st Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics System. 283-287 (2003)
