2022 Fiscal Year Annual Research Report
データ科学との融合による３次元原子間力顕微鏡の超解像化と高速化
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22H01954
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
宮田 一輝 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (10788243)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の技術発展に伴い、固液界面構造の３次元サブナノスケール計測や秒スケールで生じる動態の原子・分子分解能観察が可能となった。一方で、その画像解析や探針制御については従来のＡＦＭと同様の手法が用いられており、比較的弱い力で表面上に吸着・拡散するイオン・分子を十分な解像度や速度で可視化することが未だ困難である。本研究ではデータ科学手法を３次元ＡＦＭデータへ適用することで、従来のＡＦＭの性能限界を超越した超解像化解析及び高速観察を実現する。
今年度はデータ科学手法による解析手法の基礎検討に取り組んだ。Ｐｙｔｈｏｎを用いて、機械学習による３次元AFM画像の分類・特徴抽出アルゴリズムを構築した。これにより、フォースカーブの形状（ピークの位置や数）などを捉えられる可能性を見出している。ただし、多くの不具合が残っており、その正確性には未だ難が残されていることから、次年度は信頼性を向上させるための修正に取り組む。
また、このような解析をリアルタイムに実現するためのＡＦＭコントローラの仕様設計を行った。ここでは、高速性及び低ノイズ性を重視し、さらに必要十分な数の入出力端子（ＡＤ／ＤＡインターフェース）も備えた仕様としている。ただし、電子部品の入手が難航しており、その構築までには至っていない。そのため、次年度以降も引き続きコントローラ開発に取り組み、その性能評価を実施する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度に設計したAFMコントローラについては、本年度中に構築まで行う予定であった。しかし昨今の感染症や海外情勢の影響に伴い、必要な電子部品の入手が難航したため、構築までには至らなかった。そのため、本進捗についてはやや遅れている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度については、引き続き超解像化・高速化を実現するためのアルゴリズム開発を継続する。また、AFMコントローラの構築については、電子部品を入手でき次第早急に取り掛かり、動作・性能確認を行う。また、これらの技術の実用性を実証するための応用研究を開始する。
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