ナノマテリアルを用いた大気下で最適駆動可能な演算ハードウェア素子の創製

近年脳機能の動作原理をナノ材料ネットワークの電荷移動を用いて模倣し、効率的な演算処理を行うシステムが注目されている。電気化学現象は脳内の神経回路の信号伝達に用いられており、ナノ材料を用いた演算システム駆動に向けた有力な候補である。前年度までの研究により、大気環境中におけるナノマテリアルの電荷移動の活性化は大気中からの湿気の影響でイオン由来の電荷移動が促進されたことに起因することわかり、これを用いることで高い演算性能が発揮されることを明らかにした。そのため2022年度では、外部から注入されたイオン由来の伝導によって駆動する演算素子の性能向上を目指し、①入力信号へのノイズ注入による演算性能向上及び②演算素子をデータ拡張素子に用いてニューラルネットワークと組み合わせた高演算機能化を行った。①入力信号に摂動を与えると学習結果が向上するという報告は、ソフトウェアシミュレーションによって多くなされているものの、ナノマテリアルを用いた演算ハードウェア素子では検討されていなかった。本研究では検討材料として酸化鉄とビスマス－チタン酸化物の複合体ナノ粒子を作製し、水中下でリザバー演算素子として動作させ、演算性能を入力ノイズの有無で比較した。②データ拡張は機械学習の性能向上に用いられ、元データを変形してデータ数を仮想的に増やす手法である。ソフトウェアを用いた機械学習における分類性能向上に必須を手法であるため、本研究ではデータ拡張を演算ハードウェア素子で表現可能かどうか、演算素子にポリアニリンスルホン酸を用いて音声分類及び画像分類を用いて検討した。

近年脳機能の動作原理をナノ材料ネットワークの電荷移動を用いて模倣し、効率的な演算処理を行うシステムが注目されている。電気化学現象は脳内の神経回路の信号伝達に用いられており、ナノ材料を用いた演算システム駆動に向けた有力な候補である。前年度までの研究により、大気環境中におけるナノマテリアルの電荷移動の活性化は大気中からの湿気の影響でイオン由来の電荷移動が促進されたことに起因することわかり、これを用いることで高い演算性能が発揮されることを明らかにした。そのため2022年度では、外部から注入されたイオン由来の伝導によって駆動する演算素子の性能向上を目指し、①入力信号へのノイズ注入による演算性能向上及び②演算素子をデータ拡張素子に用いてニューラルネットワークと組み合わせた高演算機能化を行った。①入力信号に摂動を与えると学習結果が向上するという報告は、ソフトウェアシミュレーションによって多くなされているものの、ナノマテリアルを用いた演算ハードウェア素子では検討されていなかった。本研究では検討材料として酸化鉄とビスマス－チタン酸化物の複合体ナノ粒子を作製し、水中下でリザバー演算素子として動作させ、演算性能を入力ノイズの有無で比較した。②データ拡張は機械学習の性能向上に用いられ、元データを変形してデータ数を仮想的に増やす手法である。ソフトウェアを用いた機械学習における分類性能向上に必須を手法であるため、本研究ではデータ拡張を演算ハードウェア素子で表現可能かどうか、演算素子にポリアニリンスルホン酸を用いて音声分類及び画像分類を用いて検討した。