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2004 年度 実績報告書

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

研究課題

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DNAコンピューティング / 分子メモリ / 強化学習 / ドロップレット / マイクロリアクタ / アクエアスコンピューティング / NP完全 / PNA
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、汎用の分子メモリを利用するアクエアス・コンピューティングをマイクロ流体デバイスによっ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。
研究の成果として、(1)ペプチド核酸(PNA)によるDNAの相補鎖置換を利用した数ビットのDNA分子メモリを実現して基本的なプロトコルを確立して、(2)マイクロ流体デバイス上に1ビット分の書込みを行う要素技術を実装し、(3)分子強化学習の並列化に焦点を当てて、DNAの等温増幅反応であるLAMP法を利用した評価値の伝播計算アルゴリズムを提案し、その基本的性質をシミュレーションと生物実験によって調べた。
残された課題として、PNAを利用した分子メモリは、(a)DNA同士とのTmの差はわずかなため熱平衡によるビットの自然消去が避けられない、(b)PNAが付着したDNA分子の泳動パターンには定量性がないなどの理由から、本質的に大容量化が困難であることがわかった。一方、アクエアス・コンピューティング研究は世界的に着実な進展を見せており、本研究の発展として書込みを水素結合ではなく共有結合によってより強固に実現するための核酸有機化学研究者との共同研究も始まっている。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2005 2004

すべて 雑誌論文 (6件)

  • [雑誌論文] 分子強化学習の実現に関する研究2005

    • 著者名/発表者名
      新野賢央, 山村雅幸
    • 雑誌名

      計測自動制御学会 第32回知能システムシンポジウム資料集

      ページ: 333-338

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] アクエアスコンピューティングのスケールアップ2005

    • 著者名/発表者名
      山村雅幸, 清尾康志, 藤本健造
    • 雑誌名

      計測自動制御学会 第32回知能システムシンポジウム資料集

      ページ: 339-344

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] A design for cellular evolutionary computation by using bacteria.2005

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Wakabayashi, Masayuki Yamamura
    • 雑誌名

      Natural Computing(Rozenberg, Spaink H.P.(eds))

  • [雑誌論文] An implementation of Molecule Reinforcement Learning.2004

    • 著者名/発表者名
      Shinono K., Yamamura M.
    • 雑誌名

      Preliminary Proceedings of 10^<th> International meeting on DNA based computers(DNA10)

      ページ: 432-432

  • [雑誌論文] An Experimental Analysis of Loop-Free Algorithms for Scale-free Networks.2004

    • 著者名/発表者名
      Shigeo DOI, Masayuki YAMAMURA
    • 雑誌名

      Proc. 4th International Workshop on Ant Colony Optimization and Swarm Intelligence (ANTS2004), Lecture Notes in Computer Science 3172

      ページ: 278-285

  • [雑誌論文] AntNet and Relative Pheromone Evaporation.2004

    • 著者名/発表者名
      Shigeo DOI, Masayuki YAMAMURA
    • 雑誌名

      Proc. IEEE 4th International Conference on Intelligent Systems, Design and Applications (ISDA2004)

      ページ: 473-778

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公開日: 2006-07-12   更新日: 2016-04-21  

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