Dynamical system analysis for physical reservoir computing using limit cycles

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本年度の主な研究実施事項は、1.リミットサイクルの情報処理能力の理論解析、における解析手法・研究動向の調査と、2.実モデルであるスピントロニクスデバイスと空気圧人工筋肉の情報処理への活用、における数値解析と実機実験である。一つ目の項目について、ニューラルネットワークの力学系埋込能力を、力学系における位相共役の理論に着目して研究を行う受入研究者の指導学生の隔週セミナーに参加して、同アプローチとその周辺研究のポテンシャルと適用制限の調査を行った。また、共同研究者の該当分野に関する輪読セミナーや各種研究集会への参加を通じて、関連研究を行う国内外の研究者と活発な意見交換を行った。二つ目の項目に関して、リミットサイクルの情報処理能力の解析とそれを踏まえた活用法の考案を行った。スピントルク発信器による物理レザバー計算に関して、自身の先行研究では、単一素子による情報処理能力の解析を行っていたが、新たに多素子結合系のフレームワークを提案した。多素子結合系においては結合強度や入力強度を調整することで、リミットサイクルに限らないカオスを含んだ多様な分岐現象を呈することを発見した。更に、それらの分岐に誘導される情報処理能力を記憶容量や有効次元といった一般的指標による解析で評価し、単一素子系を大幅に上回る情報処理能力を持ち得ることを示した。そして、提案したフレームワークにより、ウェアラブルデバイスのセンサー時系列処理の実世界タスクを実際に解けることを示した。本結果は国際会議における発表と、自身が筆頭著者の学術雑誌論文としての出版の成果を得た。また、空気圧人工筋肉において、物理レザバー計算を適用することで、リミットサイクルやカオスといった多様なダイナミクス、更にはこれらを含んだ分岐構造といったより大域的な力学系の構造を埋め込み可能なことを実機実験により明らかにした。この結果は国内会議で発表した。