| 研究概要 |
無配線分子コンピューティングの可能性を総合的に検証するために, 集積回路工学と計算機科学の両面から下記2項目の取り組みを並行して実施した.
1. 集積回路工学の観点からの取り組み : 本研究で提案する人工触媒素子は, 溶液中の特定の反応を選択的に触媒し, その触媒活性は特定のエフェクターに依存して変化する. このような活性制御可能な触媒をトランジスタとして用いることにより, 現在のVLSIと質的に等価な回路機能を実現可能である. 今回の計画では, 人工触媒素子そのものを化学修飾されたマイクロ電極デバイスによって実現する方式を検討した. まず可逆な酸化還元分子(キノン/ヒドロキノン等)を情報担体として, その生成・消滅をチップ上に集積化された多数のマイクロ電極デバイス(Pt)で制御することにより, 目的に応じた反応拡散場をチップ上の微量溶液中に人工的に形成できることを実験的に確認した. これは無配線集積システムの実現の可能性を実証した重要な成果である.
2. 計算機科学の観点からの取り組み : 人工的な反応拡散場を利用した新しいコンピューティング/信号処理モデルを検討した. これは究極的には人工触媒素子チップにおいて完全並列に実現することを想定するが, 用途によっては本研究代表者らのグループが提案する「ディジタル反応拡散システム(DRDS : Digital Reaction-Diffusion Svstem)」と呼ぶ非線形多次元フィルタの枠組みを利用して. シグナルプロセッサ上で実現することも可能である. DRDSを用い, (i)生物系テクスチャ画像の生成, (ii)指紋画像の復元, (iii)2次元経路探索, (iv)ボロノイ図生成などのアルゴリズムを開発した. これらのアルゴリズムにより画像処理や最適経路探索などの問題を並列に解くことができることを, 計算機シミュレーションにより明らかにした. これは有用な成果である.
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