Construction of Minimal Artificial Brain by Molecular Device Integration and its Social Innovation

Planned

Project Area	Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry
Project/Area Number	20H05969
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (IV)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	豊田太郎東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80422377)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	村田智東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533) 東俊一名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40420400) 礒川悌次郎兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (70336832) 田中幹人早稲田大学, 政治経済学術院, 教授 (70453975)
Project Period (FY)	2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥168,350,000 (Direct Cost: ¥129,500,000、Indirect Cost: ¥38,850,000) Fiscal Year 2021: ¥33,150,000 (Direct Cost: ¥25,500,000、Indirect Cost: ¥7,650,000) Fiscal Year 2020: ¥32,370,000 (Direct Cost: ¥24,900,000、Indirect Cost: ¥7,470,000)
Keywords	リポソーム / マイクロ流体デバイス / 制御理論 / 計算理論 / ELSI / ケミカルAIの制御 / ケミカルAIの計算能 / 倫理的・法的・社会的影響（ELSI） / ミニマル人工脳の制御 / ミニマル人工脳の計算能
Outline of Research at the Start	「分子サイバネティクス」においてミニマル人工脳を構築するため，感覚・回路・展開の機能をもつ3種のリポソーム（人工細胞と呼ぶ）を特定の順序に並べた配列（SPAユニットと呼ぶ）を多数つくり，それらに様々な分子刺激を印加して応答を自動記録できる実験システムを開発する．さらに，理論・シミュレーション研究として，SPAユニットのモデルを構築し，それを多数結合した大規模な人工脳のもつ学習能力の数理的検討を行う．そして，ミニマル人工脳創成の倫理的・法的・社会的影響（ELSI）についての科学技術社会論的研究に取り組む．
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題は，「分子サイバネティクス」においてケミカルAIを実装できる実験システムおよび理論モデルを開発し，その科学技術社会論からみた意義を探究し，責任のある科学・イノベーション（RRI）を実践する．（１）実験システムとして，ケミカルAIの基盤となるリポソームをマイクロ流体デバイス内で3個連結し，その動態を自動記録できる基盤技術の確立を研究目的としている．また，東北大学にインテグレーション拠点を構築する．本年度内に，主要な実験装置の整備が完了した．また，B01班およびC01班の各研究グループが構築する分子デバイスの評価を可能とする２連油中水滴形成治具をあらたに開発し各グループに提供を開始した．（２）理論モデルについては，感覚・回路・展開の機能をもつ3種のリポソームを特定の順序に並べた配列のモデル（SPAユニットと呼ぶ）を構築し，それをさらに多数結合して大規模な分子システムの学習能力の数理的検討を行うことを目標としている．本年度では，SPAユニットが結合することによる計算能力についてネットワーク形成の観点から論点を整理し，SPAユニットの基本仕様について提案を行った．（３）科学技術社会論的研究では，「分子サイバネティクス」が最先端の化学技術におけるRRIのロールモデルの一つとなるための提言を行うことを研究目的としている．本年度では，マスメディアの発信情報の解析法を開発し，分子サイバネティクスならびに分子ロボティクスに関連する用語や概念に関する統計的解析を開始した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason （１）実験システム開発：領域内のロードマップ会議において，計画班の各研究グループで人工細胞観測治具が必要となることが明らかになったことから，今年度は統計的・定量的に人工細胞の機能を評価できる治具（２連油中水滴形成治具）を開発し配布を開始した．また，東北大学にて，インテグレーション拠点のための主要な実験装置の整備を完了した．（２）理論モデル構築：SPAユニットを演算素子とした場合に，それらのネットワーク形成の観点から，計算能力に関する論点を整理した。また，SPAユニットの基本仕様について提案を行った．（３）科学技術社会論的研究：マスメディアから発信されている情報を用いて，分子サイバネティクスならびに分子ロボティクスに関連する用語や概念に関する統計的解析法を整備し，解析を開始するに至った。
Strategy for Future Research Activity	（１）実験システム開発：S，P，Aの各人工細胞を粒径選別した後に集団として捕捉・観察できるポリジメチルシロキサン製マイクロ流体デバイスの構築に着手する．特に，経路の一部に電極（蒸着電極）を敷設して，定常流中の人工細胞を電圧印加で制御できる機構を設計し実装する．（２）理論モデル：回路（Processing）機能をもつ人工細胞について，主に学習班（C01班）の実験データをもとに，人工細胞内での記憶および計算に関するモデルのパラメーターを理論的に吟味して，ケミカルAIの計算能力を議論する理論的基盤を整備する．（３）科学技術社会論的研究：分子サイバネティクスに関連する科学技術への市民の関心の動向を解析し，計量的なパラメーターを探索する．また，Journalist-in-Residenceと共同して，新型コロナウィルス禍の中でも市民に届く形のアウトリーチの構築を開始する。