人工的反応拡散場に基づく超並列分子コンピューティング

基于人工反应扩散场的大规模并行分子计算

• 批准号: 15650006
• 负责人: 青木 孝文
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15650006/
• 关键词: 分子コンピューティング; 分子計算; 分子素子; 集積回路; 非線形科学; 反応拡散システム; 画像処理; 並列処理

平成16年度は,集積回路工学および計算機科学の観点からの以下の研究を並行して行った.【集積回路工学の観点からの取り組み】(担当:青木および平塚)各種の非線形結合振動子系を実現する人工触媒ネットワークを設計するとともに,平成15年度に試作した2次元人工触媒素子チップをプログラムすることにより,その動作を確認した.特に,FitzHugh-南雲方程式に代表される興奮場の反応拡散ダイナミクスをチップ上で再現し,BZ反応のような動的に伝搬する化学反応波の発生を確認した.さらに,人工触媒チップの最適な幾何学的配置などについて試作実験を通して総合的に検討した.また,チップ上で発生する化学反応波の可視化,これを用いた最適経路探索のデモンストレーションを行った.【計算機科学の観点からの取り組み】(担当:青木)平成15年度に検討した応用のうち,(i)生物系テクスチャ画像の生成,(ii)指紋画像の復元,(iii)2次元経路探索について,そのアルゴリズムをディジタル反応拡散システム(DRDS:Digital Reaction Diffusion System)の枠組みに基づいて,科学技術計算ツールMATLABおよびGNU Octave上において実装し,総合的な評価を行った.一般に,ディジタル反応拡散システムは多次元の非線形ディジタルフィルタとしてモデル化されるため,その動作解析には膨大な計算量が要求される.そこで,GNU Octaveを並列言語拡張するとともにPCクラスタ上に実装し,大規模シミュレーションを可能にした.

2004年，从综合电路工程和计算机科学的角度进行了以下研究。 [从集成电路工程的角度进行的努力]（负责：Aoki和Hiratsuka）除了设计人工催化剂网络外，这些网络实现了各种非线性耦合振荡器系统，通过对二维人工催化元素进行编程，通过对2003年进行了原始的野生动态，该操作是通过对二维人工催化元素进行编程的，该操作是原始的。方程在芯片上复制，并动态传播的化学反应波，例如Bz反应。确认了这种情况。此外，通过原型实验对人工催化剂芯片的最佳几何布置进行了全面检查。我们还证明了使用此功能在芯片上产生的化学反应波的可视化和最佳路线搜索。 [从计算机科学的角度进行的努力]（负责：AOKI）在2003年检查的应用中，（i）生成生物学纹理图像的产生，（ii）恢复指纹图像以及（iii）2D途径搜索，该算法用于基于数字反应扩散系统（DR Fiff diff）的算法来调查基于数字反应系统的算法（DR）的算法，该算法是基于数字反应系统（DR：DIDF）的系统， MATLAB和GNU八度，进行了全面的评估。通常，数字反应扩散系统被建模为多维非线性数字过滤器，其操作分析需要大量计算。因此，GNU八度以并行语言扩展，并在PC簇上实现，从而实现大规模模拟。

项目成果

Experimental Observation of Active Wave Propagation in a Redox Microarray

氧化还原微阵列中主动波传播的实验观察

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of the 2004 International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
• 作者: Koichi Ito;Masahiko Hiratsuka
• 通讯作者: Masahiko Hiratsuka

Design of an Excitable Digital Reaction-Diffusion System for Shortest Path Search

用于最短路径搜索的可激励数字反应扩散系统的设计

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of the 2004 International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
• 作者: Sakamoto;S.;Sakazaki;H.;Hagiwara;K.;Kamada;K.;Ishii;K.;Noda;T.;Inoue;M.;Hirama;M.;Daisuke Satoh;Koichi Ito
• 通讯作者: Koichi Ito

Koichi Ito: "Fingerprint Restoration Using Digital Reaction-Diffusion System and Its Evaluation"IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences. E86-A・8. 1916-1924 (2003)

伊藤浩一：“使用数字反应扩散系统的指纹恢复及其评估”IEICE 电子、通信和计算机科学基础知识汇刊 E86-A·8（2003 年）。

Masahiko Hiratsuka: "Implementation of a Redox Microarray : An Experimental Model for Future Nanoscale Biomolecular Computing Using Integrated Circuits"IEE Proceedings -- Nanobiotechnology. 150・1. 9-14 (2003)

Masahiko Hiratsuka：“氧化还原微阵列的实现：使用集成电路的未来纳米级生物分子计算的实验模型”IEE Proceedings - Nanobiotechnology 150・1（2003）。

Koichi Ito: "Design of a Digital Reaction-Diffusion System for Restoring Blurred Fingerprint Images"Proceedings of the 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. IV-77-IV-80 (2003)

Koichi Ito：“用于恢复模糊指纹图像的数字反应扩散系统的设计”2003 年 IEEE 国际电路与系统研讨会论文集。