2019 Fiscal Year Annual Research Report
Behaviors with intelligence observed in plasmas
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18K18756
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
酒井 道 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (30362445)
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2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ / メタマテリアル / 迷路探索 / 学習機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プラズマをハードウェアとして用いて、「知能」（解の探索機能、経験からの学習機能と仮定）を実現することを目的としている。弱電離プラズマが保持する知能性に関する性質を明らかにし、それを通して、弱電離プラズマの新規応用の可能性探索と、知能性に関わる様々な自然・社会現象への視点の再発見への橋渡しを行う。より具体的には、解の探索機能としては、迷路（通路の枝分かれと行き止まりの構造の組み合わせ）を解くことを例とし、また経験からの学習機能としてはプラズマとメタマテリアルのアレイ構造の生成機能におけるニューラルネットワーク機能の実現を目指して研究を遂行した。
今年度は、昨年度に引き続き、弱電離プラズマによる迷路解法に関する機構解明を行った。パッシェンの法則に強い非線形性が内在することから、このような迷路を解くという特性をプラズマが示すことができた。
また、プラズマの化学反応系において、ネットワーク構造としての微視的および巨視的視点で探索し、その中に内在するリカレントニューラルネットワーク機能の可能性を検討した。通常の階層型ニューラルネットワークに対して、極めて複雑な構造を持つことが明らかとなり、微視的・巨視的・そしてその間のメゾスコピック的な構造に着目し、高エネルギー電子が介在することで生じる非線形性を基にした、複雑なプラズマ現象に潜む知能性ともいうべき特性を指摘することができた。
そして、マイクロ波帯信号に対するプラズマの非線形性ニューラルネットワーク機能を実現するハードウェアを実現した。そこでは負の透磁率を持つメタマテリアル体の内部におけるプラズマ生成機構に非線形性をもたらすエネルギー蓄積効果を実験的に確認したを得た。すなわち、マイクロ波入射信号強度に対して周波数ごとに現れる可変な複雑関数系が観測され、単純な線形回帰以上の機能性を持ち、その出力が可変な関数系が実現できた。
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