Progress in interconnection-free biomolecular computing

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K12408
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 平塚 眞彦 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (80331966)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 分子コンピューティング / 回路とシステム / 計算機システム

Outline of Annual Research Achievements

無配線分子コンピューティングの可能性を総合的に検証するために，集積回路工学と計算機科学の観点から，下記の２項目の取り組みを並行して実施した．

１．集積回路工学の観点から：　各種の非線形結合振動子系を実現する人工触媒素子ネットワークを設計するとともに，試作した２次元人工触媒素子チップをプログラムすることにより，その動作を確認した．特に，FitzHugh-南雲方程式に代表される興奮場の反応拡散ダイナミクスをチップ上で再現し，Belousov-Zhabotinski反応のような動的に伝搬する反応拡散波の発生を確認した．また，チップ上で発生する反応拡散波の可視化や，これを用いた最適経路探索など，説得力のあるデモンストレーションを試みた．これは無配線集積回路の動作原理を実証する重要な成果である．

２．計算機科学の観点から：　ディジタル反応拡散システム（DRDS: Digital Reaction-Diffusion System）を用い，(1)生物系テクスチャ画像の生成，(2)２次元経路探索，(3)ボロノイ図生成などのアルゴリズムを検討した．検討した応用(1)～(3)のアルゴリズムを数値解析用ソフトウェアMATLAB上において実装し，総合的な評価を行った．DRDSは多次元の非線形ディジタルフィルタとしてモデル化されるため，その動作解析には膨大な計算量が要求される．そこで，計算量の削減ならびに並列シミュレーションについて検討を加えた．これは人工的な反応拡散場のパターン形成能力を利用した新しい信号処理パラダイムの可能性を示唆する有用な成果である．