生体機能を模倣した単電子情報処理システム

• 研究課題/領域番号: 24710149
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 大矢 剛嗣 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30432066)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 単電子回路 / 生体機能模倣 / 雑音耐性・利用 / ゆらぎ耐性・利用 / 粘菌模倣回路 / 蟻の群行動模倣回路 / 軍隊蟹の行動模倣回路 / ニューラルネットワーク模倣回路 / 揺らぎ耐性・利用

研究成果の概要

本研究の目的は「生体機能を模倣した単電子情報処理システムを構築すること」である。
これの達成のために，以下について検討をした。第一に，生体が持つ「雑音・揺らぎを吸収・利用する機能」の単電子デバイスへの実装，第二に，生体機能の中の「機能的情報処理能力」の単電子デバイス化，第三に，第一の内容と第二の内容との融合（最終目標）である。
研究成果として，細胞性粘菌の挙動／蟻の挙動／軍隊蟹の挙動／ニューラルネット模倣といった各単電子回路の実現可能性が高いことを見出したほか、雑音・揺らぎを利用することにより、信号伝搬速度の向上能力の発現／信号振幅の増幅能力の発現等の新現象を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Design of single-electron “slime-mold” circuit and its application to solving optimal path planning problem (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shinde and T. Oya
  • 雑誌名: Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE 巻: 5 号: 1 ページ: 80-88
  • DOI: 10.1587/nolta.5.80
  • NAID: 130003386655
  • ISSN: 2185-4106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Electron Transfer Among Quantum Dots in Two-Dimensional Quantum Dot Network (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Fujino and T. Oya
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 6S ページ: 06JE02-06JE02
  • DOI: 10.7567/jjap.53.06je02
  • NAID: 210000144085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of stochastic resonance in a quantum dot network (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Fujino and T. Oya
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE, Nanoengineering: Fabrication, Properties, Optics, and Devices IX 巻: 8463 ページ: 84631D-84631D
  • DOI: 10.1117/12.928922
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of two-dimensional device-error-redundant single-electron oscillators system (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami and T. Oya
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE, Nanoengineering: Fabrication, Properties, Optics, and Devices IX 巻: 8463 ページ: 84631E-84631E
  • DOI: 10.1117/12.928923
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collision-Based Computing Using Single-Electron Circuits (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hayashi and T. Oya
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 6S ページ: 06FE11-06FE11
  • DOI: 10.1143/jjap.51.06fe11
  • NAID: 210000072377
  • 査読あり
• [学会発表] 軍隊ガニの挙動に学ぶ単電子論理回路の構造検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濵名良樹, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 熱雑音を利用する神経細胞軸索の単電子回路化と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平島 諒, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 細胞性粘菌に学ぶ単電子情報処理回路 (2015)
  • 著者名/発表者名: 里見航汰, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 単電子連想記憶回路の設計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高野 誠, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Signal Amplification by Circular Single-Electron Oscillator Network with Stochastic Resonance (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Otake, K. Ishimura, T. Asai, and T. Oya
  • 学会等名: 8th International Conference on Bio-inspired Information and Communications Technologies
  • 発表場所: Boston, U.S.A.
  • 年月日: 2014-12-01 – 2014-12-03
• [学会発表] 環状単電子振動子アレイにおける確率共鳴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大竹央将, 石村憲意, 浅井哲也, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 単電子蟻情報処理回路の応用検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小尾勇志, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 軍隊ガニの挙動に学ぶ単電子論理回路の設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濵名良樹, 今野和樹, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 熱雑音を利用するニューロン構造に学ぶ単電子信号伝搬の高速化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平島 諒, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Study of Stochastic Resonance in Circular Single-Electron Oscillator Array (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Otake, K. Ishimura, T. Asai, and T. Oya
  • 学会等名: 5th International Conference on Nanotechnology: Fundamentals and Applications
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2014-08-11 – 2014-08-13
• [学会発表] Study of Single-electron DOMINO Logic Circuit (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Otake, T. Asai, and T. Oya
  • 学会等名: The 2014 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications
  • 発表場所: Las Vegas, U.S.A.
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-07-24
• [学会発表] Study of Thermal-noise-assisted Signal Propagation of Neuromorphic Single-electron Circuit (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Hirashima, T. Asai, and T. Oya
  • 学会等名: The 2014 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications
  • 発表場所: Las Vegas, U.S.A.
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-07-24
• [学会発表] Novel Single-Electron Information-Processing Circuits Mimicking Behavior of Ant Groups (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Obi and T. Oya
  • 学会等名: The 2014 IEEE International Symposium on Circuits and Systems
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-05
• [学会発表] Novel Single-Electron Information-Processing Circuits Mimicking Behavior of Ant Groups (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Obi and T. Oya
  • 学会等名: The 2014 IEEE International Symposium on Circuits and Systems
  • 発表場所: メルボルン国際会議場，オーストラリア
• [学会発表] 熱雑音を利用する神経ネットワークに学ぶ単電子信号伝送の高速化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平島 諒, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
• [学会発表] 単電子回路による蟻情報処理システム設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小尾勇志, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
• [学会発表] 複合型単電子ドミノ論理回路とその入力のずれを調整する回路の設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大竹央将, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
• [学会発表] 熱雑音を利用する二次元量子ドットアレイによる信号検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤野啓基, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
• [学会発表] 単電子“確率共鳴”回路の設計とゆらぎ利用能力評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村上可諭, 黒瀧 大, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
• [学会発表] 熱ノイズを利用した単電子信号伝送の速度向上 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平島 諒, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス
• [学会発表] カニの群行動に学ぶ単電子情報処理 (2014)
  • 著者名/発表者名: 今野和樹, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス
• [学会発表] アリの群行動に学ぶ単電子情報処理回路(3) (2014)
  • 著者名/発表者名: 小尾勇志, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス
• [学会発表] 入力のズレを許容する単電子ドミノ論理回路設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大竹央将, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス
• [学会発表] 単電子ネットワークを用いた熱雑音による信号検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤野啓基, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス
• [学会発表] Analysis of Electron Transfer Among Quantum Dots in Two-dimensional Quantum Dot Network (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Fujino and T. Oya
  • 学会等名: the 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル，札幌市
• [学会発表] アリの群行動に学ぶ単電子情報処理回路(2) (2013)
  • 著者名/発表者名: 小尾勇志, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス
• [学会発表] 単電子ドミノ論理回路におけるメモリの設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大竹央将, 栗山栄太郎, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス
• [学会発表] デバイスエラーを許容する二次元単電子振動子システムの評価(2) (2013)
  • 著者名/発表者名: 村上可諭, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス
• [学会発表] Collision Based Computingを適用した単電子回路設計と評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 林 俊介, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 雑音エネルギーを利用する単電子ブラウン・ラチェット回路の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 河村祐介, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 量子ドット単電子ネットワーク内の電子移動解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤野啓基, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] デバイスエラー補完二次元単電子振動子システム (2013)
  • 著者名/発表者名: 村上可諭, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 単電子ドミノ論理回路の応用展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大竹央将, 栗山栄太郎, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] アリの群行動に学ぶ単電子情報処理回路 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小尾勇志, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 自然・生物に学ぶ斬新な情報処理システムのナノデバイスへの実装を目指して (2013)
  • 著者名/発表者名: 大矢剛嗣
  • 学会等名: （独）日本学術振興会 第１８１委員会 第１４回研究会
  • 発表場所: 大阪 千里中央 ライフサイエンスセンター
  • 招待講演
• [学会発表] Collision based Computing for Arrayed Single-electron Oscillators (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hayashi and T. Oya
  • 学会等名: the 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2012)
  • 発表場所: Kobe Meriken Park Oriental Hotel
• [学会発表] 単電子ネットワークにおける電子挙動の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤野 啓基, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2012年秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
• [学会発表] デバイスエラー補完二次元単電子振動子システム(2) (2012)
  • 著者名/発表者名: 村上可諭, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 2012年秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
• [学会発表] Study of stochastic resonance in a huge quantum dot network (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Fujino and T. Oya
  • 学会等名: SPIE NanoScience + Engineering
  • 発表場所: San Diego convention center
• [学会発表] Study of two-dimensional device-error-redundant single-electron oscillators systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami and T. Oya
  • 学会等名: SPIE NanoScience + Engineering
  • 発表場所: San Diego convention center
• [学会発表] 単電子ナチュラルコンピューテーション
  • 著者名/発表者名: 平島 諒, 今野和樹, 大竹央将, 小尾勇志, 河村祐介, 藤野啓基, 村上可諭, 大矢剛嗣
  • 学会等名: 第9回ナノテク交流シンポジウム
  • 発表場所: 横浜国立大学 常盤台キャンパス
• [学会発表] エマージング・デバイスのための新概念アーキテクチャとは？
  • 著者名/発表者名: 大矢剛嗣
  • 学会等名: （独）日本学術振興会 シリコン超集積化システム第１６５委員会 第６８回研究会 「ヘテロジーニアス・インテグレーション」
  • 発表場所: 東京工業大学 百年記念館
  • 招待講演
• [備考] 横浜国立大学 大矢研究室 研究発表業績
  • URL: http://arrow.ynu.ac.jp/publication.html
• [備考] 横浜国立大学大矢研究室 研究発表業績
  • URL: http://arrow.ynu.ac.jp/publication.html
• [備考] 横浜国立大学大矢研究室 研究発表業績
  • URL: http://arrow.ynu.ac.jp/publication.html