金ナノ粒子と温度応答性ポリマーを用いたアリ群知能の物理実装

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本研究ではアリコロニー最適化にインスパイアされたナチュラルコンピュータの開発を目指す。研究開始時においては、金ナノ粒子の光熱効果によって環境の温度相転移ポリマーをゾル化し低粘度化する過程を、アリがフェロモンを塗布するプロセスに対応させ、粒子間にフェロモン相互作用を実装する想定であった。しかし適切な粘度設定(ポリマー濃度に依存する)が困難であったことやアリの運動性を反映する物理現象が欠如していることが判明し、方針を改めることにした。新たなスキームとして、異質材料で構成されるヤヌス粒子と固体相変化材料Ge2Sb2Te5(GST)を用いることを提案し方針転換した。金属と誘電体で構成されるヤヌス粒子は交流電界を印加すると、粒子表面に発生する非対称な電気浸透流により液中にて自己推進運動を示す。これをアリの自律的な運動に対応させる。またGSTはアモルファス相と結晶相の2状態を有し、これらの間を可逆的に相変化させることができる。例えばアモルファス相をフェロモンが無い状態、結晶相をフェロモンが有る状態に対応させることができる。アモルファス状態をアニールすると結晶相に変化し、この過程で電気抵抗率が低下し交流電気浸透流が発生する。この浸透流によってフェロモン誘引を導入する。以上のスキームによって、コロイド粒子間にフェロモン相互作用が実装された。また交流電界周波数依存性を利用することで、フェロモン感度をコントロールすることができ、結果的に異なる集団運動状態の創発が確認された。