| 研究概要 |
集積回路は微細化による実装密度の増加により進歩してきたが,その加工技術が分子サイズに近づいている.ことから新たな技術開発の方向を必要としている.多くの試みがあるなかで,生物機能に範を求めた研究は魅力のある題材の一つである.本研究は,線虫という生物の神経回路網に注目し,その機能をシリコン基板上に実装ずる設計および回路技術の研究を目指した.線虫の神経回路網は,生物学的にその結線情報が明らかになっていることや制御理論的な動作の解析も進められていることから,集積回路技術を用いてシリコン基板上へ実装する対象としてうってつけの題材である.
CMOS回路技術を用いて神経回路網をシリコン基板上に実装する方式として,おおまかにデジタル方式とアナログ方式の2種類がある.これら2つの方式で集積回路を設計・試作した.デジタル方式は,ニューロンの重みをメモリに蓄えることで汎用性の高い回路網を構築することが可能であったが,回路規模と消費電力が大きくなる傾向があった.一方,アナログ方式では,素子バラツキの影響から汎用性を持った回路の試作は困難であった.しかし,機能を限定し素子バラツキの影響が少ない機能と回路方式を選択してシリコン基板上に実装した.アナログ方式では,デジタル方式と比較すると機能は限定されるが,実装面積と消費電力の面で有利である.
分散処理を行う制御システムにおいて末端部分の信号処理を自律的に行う場合,今回開発した神経回路網の応用が開けると考えている.これは,生物において神経節が中枢神経から自律して制御や情報処理を行うことに類似している.
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