アクエアス・コンピューティングのドロップレット実装と分子強化学習への応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14380157
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山村 雅幸 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (00220442)
• 研究分担者: 山本 貴富喜 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (20322688)
• キーワード: アクエアスコンピューティング / DNAコンピューティング / 分子メモリ / NP完全 / 強化学習 / マイクロリアクター / ドロップレット / パプチド核酸

研究概要

DNAコンピューティングにおいてブレークスルーを要する課題は、(1)汎用性の実現、(2)操作性の向上、(3)キラーアプリケーションの提案にある。本研究の目的は、アクエアス・コンピューティングを、ドロップレットを用いて自動化することで、(1)汎用、かつ(2)操作性の高いDNAコンピュータを実装するとともに、生体分子のように安価に使い捨てられる材料を用いて試行錯誤回数を確保する(3)分子強化学習をキラーアプリケーションのひとつとして実現することにある。
前年度までにDNAとPNAを用いた新しいメモリ分子の利用法を提案し、ドロップレット実装の基礎実験を行った。これを受けて本年度は、次に示すように2ビットのアクエアス・コンピューティングで実際に具体的問題を解き、大容量化のための基礎実験を行った。
(1)プロトコルの設計・理論解析
大容量化に向けて実装方法を変えたので、新たなプロトコルを設計した。前年度に引き続き、基礎実験を行うとともに、計算機シミュレーションによってプロトコルの実現性を検証した。また、実用に耐える強化学習のために、マルチタスク強化学習の理論を構築した。
(2)リアクターの設計・実験
(1)のプロトコルを実現するリアクターを設計し、試作した。前年度に反応要素を新しく設計したため、基礎実験を行った。2ビットのアクエアス・コンピューティングで実際に問題を解いた。

研究成果

• [文献書誌] 田中文英, 山村雅幸: "MDP集団の上におけるマルチタスク強化学習"電気学会 電子・情報・システム部門誌. 123・5. 1004-1011 (2003)
• [文献書誌] 田中文英, 山村雅幸: "Multitask Reinforcement Learning with Value Statistics"計測自動制御学会 システム・情報部門学術講演会2003(SSI2003). 285-290 (2003)
• [文献書誌] F.Tanaka, M.Yamamura: "Exploiting Value Statistics for Similar Continuing Tasks"Proceedings of 12^<th> IEEE Workshop on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN 2003). (CD-ROM). (2003)
• [文献書誌] F.Tanaka, M.Yamamura: "Multitask Reinforcement Learning on the Distribution of MDPs"Proceedings of 15^<th> IEEE International Conference on Tools with Artificial Intelligence (IJCTAI 2003). (CD-ROM). (2003)
• [文献書誌] S.kaneda, K.Ono, T.Yamamoto, T.Fujii: "Small Volume Droplet-Based Liquid Handling Device for DNA Identification and Quantification by Electrophoretic Separation"Proceedings of Nanotech 2003. (CD-ROM). (2003)