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有機/ナノカーボン接合スパイクダイナミクス発生と高次情報システム応用への基礎展開

研究課題

研究課題/領域番号 18H01814
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分28020:ナノ構造物理関連
研究機関大阪大学 (2018, 2021-2022)
北海道大学 (2019-2020)

研究代表者

赤井 恵  大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (50437373)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワードニューロモルフィック / 分子デバイス / カーボンナノチューブ / POM / 双安定 / コンダクタンススイッチング / ニューラルネットワーク / リザーバ計算 / ポリ酸 / ナノマテリアル / ダイナミクス / 単分子 / 揺らぎ / スパイク / CNT / インパルス / リザーバ
研究成果の概要

ニューラルネットワーク情報処理技術を基礎とし、ナノ材料の化学反応のダイナミクスやネットワークの乱雑性がもたらす、材料化学物質における情報処理能力を探求した。結果として、分子とカーボンナノチューブのネットーワークの接点において発生する非線型応答および信号ダイナミクスの効果と、溶液内電気化学反応を応用した現象において、それぞれ人工知能(AI)計算能力を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果により、安全、安価かつ低消費電力な人工知能デバイスが、我々の最も身近な水とイオンや小さな分子を集合したナノ材料を利用し実現できる可能性が示された。情報量の爆発を抑えつつ快適な未来社会を目指すにはこれまでの半導体素子中心の情報処理方法から脱却した、まったく新しい材料や反応を模索することが求められている。本研究は未来の情報科学技術を切り拓く材料探索の新しい方向性を示した。

報告書

(5件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 12件、 招待講演 10件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Applying a Molecular Device to Stochastic Computing Operation for a Hardware AI System Design2021

    • 著者名/発表者名
      Kan Shaohua、Sasaki Yoshiaki、Asai Tetsuya、Akai-Kasaya Megumi
    • 雑誌名

      信号処理

      巻: 25 号: 6 ページ: 221-225

    • DOI

      10.2299/jsp.25.221

    • NAID

      130008110100

    • ISSN
      1342-6230, 1880-1013
    • 年月日
      2021-11-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reservoir Computing on Atomic Switch Arrays with High Precision and Excellent Memory Characteristics2021

    • 著者名/発表者名
      Kubota H., Hasegawa T., Akai-Kasaya M., and Asai T.
    • 雑誌名

      信号処理

      巻: 25 号: 4 ページ: 123-126

    • DOI

      10.2299/jsp.25.123

    • NAID

      130008060217

    • ISSN
      1342-6230, 1880-1013
    • 年月日
      2021-07-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Physical Implementation of Reservoir Computing through Electrochemical Reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Kan Shaohua、Nakajima Kohei、Asai Tetsuya、Akai‐Kasaya Megumi
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 9 号: 6 ページ: 2104076-2104076

    • DOI

      10.1002/advs.202104076

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 学習する有機材料:リザバー計算に向けたニューラルネットワーク形成2021

    • 著者名/発表者名
      赤井 恵, 浅井 哲也, 中嶋 浩平
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 90 ページ: 504-508

    • NAID

      130008071767

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hardware-oriented deep reinforcement learning for edge computing2021

    • 著者名/発表者名
      Yamagishi Yoshiharu、Kaneko Tatsuya、Akai-Kasaya Megumi、Asai Tetsuya
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 12 号: 3 ページ: 526-544

    • DOI

      10.1587/nolta.12.526

    • NAID

      130008060790

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simple reservoir computing capitalizing on the nonlinear response of materials: theory and physical implementations2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kan, K. Nakajima, Y. Takeshima, T. Asai, Y. Kuwahara, M. Akai-Kasaya
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 15 号: 2 ページ: 024030-024030

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.15.024030

    • NAID

      120007036444

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Long- and short-term conductance control of artificial polymer wire synapses2020

    • 著者名/発表者名
      Hagiwara N., Sekizaki S., Kuwahara Y., Asai T., and Akai-Kasaya M.
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 13 号: 2 ページ: 312-312

    • DOI

      10.3390/polym13020312

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 単層カーボンナノチューブとポリ酸によるニューロモルフィックランダムネットワークデバイス,2020

    • 著者名/発表者名
      田中 啓文, 赤井 恵, 浅井 哲也, 小川 琢治,
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌C

      巻: J103-C ページ: 53-60

    • NAID

      120007033647

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 単層カーボンナノチューブとポリ酸による ニューロモルフィックランダムネットワークデバイス2020

    • 著者名/発表者名
      田中 啓文, 赤井 恵, 浅井 哲也, 小川 拓司
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌

      巻: 01 ページ: 53-60

    • NAID

      120007033647

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spontaneous spike signal originated from redox-active molecules functionalised on carbon nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Kian L. Goh, H. Fujii, A. Setiadi, Y. Kuwahara, M. Akai-Kasaya,
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 号: SI ページ: SIIB18-SIIB18

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab1b69

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ナノ材料を用いた生体及び神経細胞機能模倣素子2019

    • 著者名/発表者名
      赤井恵
    • 雑誌名

      表面と真空

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007662234

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A molecular neuromorphic network device consisting of single-walled carbon nanotubes complexed with polyoxometalate2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Hirofumi、Akai-Kasaya Megumi、TermehYousefi Amin、Hong Liu、Fu Lingxiang、Tamukoh Hakaru、Tanaka Daisuke、Asai Tetsuya、Ogawa Takuji
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 26932699-26932699

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04886-2

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Feasibility of neuromorphic wetware using configurable polymer networks2021

    • 著者名/発表者名
      Hagiwara N., Amemiya Y., Ali E.J., Asai T., and Akai-Kasaya M.
    • 学会等名
      The 10th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Digital implementation of a multilayer perceptron based on stochastic computing with online learning function2021

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Y., Muramatsu S., Nishida K., Akai-Kasaya M., and Asai T.
    • 学会等名
      The 2021 Nonlinear Science Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A heuristic model for configurable polymer-wire synaptic devices2021

    • 著者名/発表者名
      Amemiya Y., Ali E.J., Hagiwara N., Akai-Kasaya M., and Asai T.
    • 学会等名
      The 2021 Nonlinear Science Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Smart hardware architecture with random weight elimination and weight balancing algorithms2021

    • 著者名/発表者名
      Ali E.J., Amemiya Y., Akai-Kasaya M., and Asai T.
    • 学会等名
      The 2021 Nonlinear Science Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the noise sensitivity of physical reservoir computing in a ring array of atomic switches2021

    • 著者名/発表者名
      Kubota H., Hasegawa T., Akai-Kasaya M., and Asai T.
    • 学会等名
      The 2021 Nonlinear Science Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards physical neuromorphic device consisting of nanomaterials2021

    • 著者名/発表者名
      Akai-Kasaya M.
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Memristive Materials, Devices & Systems (MEMRISYS 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Conductance control of free-wiring conductive polymer synapses2021

    • 著者名/発表者名
      Hagiwara N., Asai T., and Akai-Kasaya M.
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Memristive Materials, Devices & Systems (MEMRISYS 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機材料を利用した神経細胞機能模倣デバイスとそのAI応用に向けて2021

    • 著者名/発表者名
      赤井 恵
    • 学会等名
      第8回電子デバイスフォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機マテリアルが拓くニューロモルフィック科学2021

    • 著者名/発表者名
      赤井 恵
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部 2021年度第第2回講演会 「昭和から令和までを橋架けた応用物理学における金字塔とその今 ~ノーベル賞から広がる最先端の研究~」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子スイッチを用いたリザバーコンピューティングのノイズ評価,2021

    • 著者名/発表者名
      久保田 宙, 長谷川 剛, 赤井 恵, 浅井 哲也
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 導電性ポリマーワイヤーシナプスの抵抗変化特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      萩原 成基, 浅井 哲也, 赤井 恵
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 再構成可能な分子シナプス素子の簡易モデル2021

    • 著者名/発表者名
      雨宮 佳希, アリ ホセ エミリアーノ, 赤井 恵, 浅井 哲也
    • 学会等名
      第34回 回路とシステムワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Organic material that learns: Construction of physical neural network2021

    • 著者名/発表者名
      Akai-Kasaya M.
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Multimedia Information Technology and Applications (MITA 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 時分割入出力が可能なリング型リザーバのFPGAアーキテクチャの構築とその評価2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 広世, 赤井 恵, 浅井 哲也
    • 学会等名
      2021年 電子情報通信学会 NOLTAソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ナノ材料を用いた生体及び神経細胞機能模倣素子2020

    • 著者名/発表者名
      赤井 恵, 浅井 哲也
    • 学会等名
      第30回日本神経回路学会 全国大会 (JNNS2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on nonlinear and dynamic response of electrical conductance through molecules2020

    • 著者名/発表者名
      Akai-Kasaya M.
    • 学会等名
      Joint Symposium of JSPS-DST Bilateral Research on Charge- and Spin-Blockade in Ultrathin-Layers of Single Molecule Magnets
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] リザーバ機能発現を目指した大規模非線形ネットワークシミュレーターの構築2020

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 健人, 浅井 哲也, 赤井 恵
    • 学会等名
      電子情報通信学会複雑コミュニケーションサイエンス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] リンモリブデン酸分子結晶から発生するスパイキング電流応答の観測とその機構解析2020

    • 著者名/発表者名
      新田 純弥, ゴー キアン リアン, 竹嶌 勇樹, 桑原 裕司, 浅井 哲也, Schmid A. 新ヶ谷 義隆, 中山 知信, 赤井 恵
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Spontaneous bistable redox switching in single molecular circuits,2019

    • 著者名/発表者名
      ゴー キアン リアン, Perice Denis, 桑原 裕司, 浅井 哲也, 赤井 恵
    • 学会等名
      第10回分子アーキテクトニクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Spontaneous bistable redox switching in single molecular circuits2019

    • 著者名/発表者名
      ゴー キアン リアン, Perice Denis, 桑原 裕司, 浅井 哲也, 赤井 恵
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Towards Physical Neural Network System Consisting of Nanomaterials2019

    • 著者名/発表者名
      M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      The 31st Phase Change Oriented Science (POCS),
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Towards Physical Biomimetic and Neuromorphic Device Consisting of Nano-materials2019

    • 著者名/発表者名
      M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      International Conference and Expo on Nanotechnology & Nanomaterial’s,
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An elaborate response in molecular random network -Approach for information processing functionality-2019

    • 著者名/発表者名
      M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      The 7th International Conference on DV-Xα Methods (ICDM)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation of State Dynamics of Phosphomolybdic Acid Molecules Functionalised on Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      K. L. Goh, Y. Kuwahara, M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      ACSIN-14 & ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study of Spiking and Noise Generation from a System Consisting of Single-Walled Carbon Nanotubes complexed with Polyoxometalate2018

    • 著者名/発表者名
      T. Asai and M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      ACSIN-14 & ICSPM26
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Use of Room-Temperature Molecular Noise improves Signal Detection in Single Walled Carbon Nanotube Device2018

    • 著者名/発表者名
      M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NORTA)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Stochastic Conductance Switching of Single Polyoxometalate Molecule at a Junction in Carbon Nanotube Device2018

    • 著者名/発表者名
      M. Akai-Kasaya
    • 学会等名
      ElecMol’18
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノ材料を用いた神経細胞模倣システムの構築2018

    • 著者名/発表者名
      赤井恵
    • 学会等名
      2018 年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 学習するマテリアル -ニューラルネットワーク構築2018

    • 著者名/発表者名
      赤井恵
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カーボンナノチューブに接続されたリンモリブデン酸単分子の状態ダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      Kian Lian Goh 橋本優奈 桑原裕司 赤井恵
    • 学会等名
      2018 年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブ/ポリ酸分子ネットワークを用いたリザーバコンピューティング2018

    • 著者名/発表者名
      竹嶌 勇樹,Goh Kian Lian, 岡田将, 桑原裕司, 浅井哲也, 赤井恵
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] Handbook of Unconventional Computing2021

    • 著者名/発表者名
      Akai-Kasaya M. and Asai T
    • 総ページ数
      1208
    • 出版者
      World Scientific
    • ISBN
      9789811235030
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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