多次元情報生体的処理システムの研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07248105
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 石原 宏 東京工業大学, フロンティア創造共同研究センター, 教授 (60016657)
• 研究分担者: 岡部 洋一 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (50011169) ; 山川 烈 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (00005547) ; 柴田 直 東京大学, 工学部, 教授 (00187402) ; 岩田 穆 広島大学, 工学部, 教授 (30263734) ; 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668) ; 鳳 紘一郎 東京大学, 工学部, 教授 (60211538) ; 雨宮 好仁 北海道大学, 工学部, 教授 (80250489)
• キーワード: ニューロチップ / 強誘電体 / パルス周波数変調 / パルス幅変調 / カオス / 神経回路 / 自己組織化

研究概要

本年度は、多次元情報生体的処理に関し、以下の成果が得られた.
1. 強誘電体薄膜を用いてパルス周波数変調型のニューロン素子を作製し、入力パルス数を増加させると、出力パルス数も増加する適応学習機能が実現できることを明かにした。また、強誘電体ゲートトランジスタを3×3のマトリックス状に配置したシナプス結合を作製し、積和演算機能を実現した。
2. CMOSカオスマルチバイブレータを設計試作し、動作を検証して動作機構の解析的理解を確立するとともに、ランダム信号源としての性能を評価し、ポルツマンマシン等の生体的情報処理への応用の見通しを得た。
3. パルス変調信号によるアナデジ融合回路アーキテクチャを用いて,特徴連想プロセッサLSIを設計試作し,その動作を確認した。また、パルス変調による非線形処理回路を用いて,カオス発生回路をCMOSで設計試作して,高い制御性をもって任意のカオスを実現可能とした。
4. 下等動物に学んだ一次元の動き検出モデルを提案し、その集積回路化と原理試作を行った。その結果、ターゲットの動き方向と速度について予期されたとおりの結果が得られた。
5. ビデオレートで書き込み可能なアナログEEPROMの研究を行った。ホットエレクトロン注入の物理を実験的に研究、新たな書き込み動作領域を発見してこの領域での高精度・高速書き込みを可能にする新たな制御方式・回路を開発した。また、画像入力をテンプレートベクトル化するPrincipal Axes Projection法を開発し、非常にロバストな認識に応用できることを示した。手書きパターンの認識、医用X線画像の診断等で良好な結果を得た。
6. 研究分担者の提案した神経回路の自己組織化アルゴリズムである中庸主義を、一層実用化するために、種々の時定数などのパラメータを振り、安定に動作するための範囲を求めた。この結果、反射系や自己発振系が安定に作成できるようになった。

研究成果

• [文献書誌] H.Ishiwara,S.M.Yoon,Y.Kurita and E.Tokumitsu: "Learning chaaracteristics of neuron oscillation circuits using metal-ferroelectric-semiconductor(MFS)FET" Methodologies for the conception,design and application of soft computing. 1. 122-125 (1998)
• [文献書誌] H.Ishiwara Y.Aoyama,S.Okada C.Shimamura and E.Tokumitsu: "Ferroelectric neuron circuits with adaprive-learning function" Computers Elect.Engng.23 6. 431-438 (1997)
• [文献書誌] S.M.Yoon Y.Kurita,E.Tokumitsu and H.Ishiwara: "Electrical characteristics of neuron oscillation circuits composed of MOSFETs and complementary unijunction transistors" Jpn.J.Appl.Phys.37 3B. 1110-1115 (1998)
• [文献書誌] H.Yonezu,K.Tsuji,D.Sudo and J-K.: "Self-Organizing Network for Feature-Map Formation:Analog Integrated Circuit Robust to Device and Circuit Mismatch" J.Computers & Electrical Engineering. 24. 63-73 (1998)
• [文献書誌] Y.Okabe,T.Kouhara,H.Hayashi and A.Narusawa: "Self-organization algorithm for neural networks by making excitation of every neuron to moderate neuron to moderate" Methodologies for the conception,design and application of soft computing. 1. 101-104 (1998)
• [文献書誌] Y.Okabe,T.Kouhara,H.Hayashi and A.Narusawa: "New concept for self-organization of neural networks" Proc.KES'98 Adelaide,1998 Second Intern.Conf.on Knowledge-based Intelligent Electronic System. 3. 246-249 (1998)
• [文献書誌] K.Shibata,Y.Okabe and K Ito: "Simple Learning Algorithm for Recurrent Networks to Realize Short-Term Memories" Proc.of IJCNN'98. 2367-2372 (1998)
• [文献書誌] Ning Mei Yu,Tadashi Shibata and Tadahiro Ohmi: "A Real-Time Center-Of-Mass Tracker Circuit Implemented by Neuron MOS Technology" IEEE Trans.on Circuit and Systems2. 45 4. 495-503 (1998)
• [文献書誌] Katsuhisa Ogawa,Tadashi Shibata and Tadahiro Ohmi: "Multiple-Input Neuron MOS Operational Amplifier for Voltage-Mode Multiple Valued Full Adders" IEEE Trans.on Circuit and Systems2. 45 9. 1307-1311 (1998)
• [文献書誌] T.Shibata: "Right-Brain Computing on Silicon Integrated Circuits" Proc.of 5th Intern.Conf.on Soft Computing and information/Intelligent System. 1. 31-38 (1998)
• [文献書誌] A.Okada and T.Shibata: "A Neuron-MOS Parallel Associator for High-Speed CDMA Matched Filter" Proc.of 1999 IEEE Intern.Sympo.on Circuits and Systems(ISCAS99). (1999)
• [文献書誌] T.Tsujita,Y.Aihara,M.Fujishima and K.Hoh: "Design and Experiment of a Multivibrator-based Simple CMOS Chaos Generator" Proc.1998 Intern.Symp.on Monlinear Theory and Its Applications(NOLTA98). 3. 951-954 (1998)
• [文献書誌] K.Hoh,T.Tsujita,T.Irita,Y.Aihara and M.Fujishima: "Semiconductor Chaos-Generating Elements of Simple Structure and Their Coupled Operation" Methodologies for the conception,design and application of soft computing. 1. 126-130 (1998)
• [文献書誌] M.Nagata,J.Funakoshi and A.Iwata: "A PWM Signal Processing Core Circuit Based on a Switched Current Integration Technigue" IEEE Journal of Solid-State Circuits. 33 1. 53-59 (1998)
• [文献書誌] S.Sakabayashi,T.Morie,M.Nagata and A.Iwata: "Nonlinear Function Generators and Chaotic Signal Generators Based on Pulse-Phase Modulation" Proc.5th Intern.Conf.on Neural Information Processing. 582-585 (1998)