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.

In FY2016, Integrated Circuit Engineering's Computer Science Programり集团み】(Responsible: Aoki Hiratsuka) Various non-linear combined vibrator systems, を実 appearances and artificial catalyst ネットワークを design, するとともに, Heisei 1 5 years of trial production of 2-dimensional artificial catalyst elements, チップをプログラムすることにより, そのactionをconfirmation of した.特に, FitzHugh- The Nagumo equation represents the reaction of the excited field, the reappearance of the reaction field, and the chemical reaction wave of the BZ reaction.発生をconfirmationした.さらに, artificial catalyst チップのoptimal geometry configuration などについて trial production 実験を通 して総合的に検.また,チVisualization of chemical reaction waves, and exploration of the optimal path using the same method. 【Computer Science Points】 (Responsible person: Aoki) 2015 に検褜褜用のうち, (i) Creation of bio-type portraits, (ii) Fingerprint portraits Resurrection, (iii) 2D Exploration of the 2nd Dimensional Road Exploration, DRDS: Digital Reaction Diffusion System)の枠组みに记づいて,Science and Technology ComputingツールMATLABおよびGNU Octave upper において実装し,珏合的な comment価を行った.General に,ディジタルcounter応拡sanシステムはmultidimensional non-linear GNU Octaveをparallel language拡张するとともにPCクラスタ上に実装し, large-scale シミュレーションをpossibleにした.

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）。

A Redox Microarray --An Experimental Model for Molecular Computing Integrated Circuits

氧化还原微阵列--分子计算集成电路的实验模型

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEICE Transactions on Electronics E87-C・11
• 作者: Ogata;Yoshihiko;Hiroaki Kobayashi;Masahiko Hiratsuka
• 通讯作者: Masahiko Hiratsuka

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）。