超並列分子コンピューティング集積回路の基礎研究

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本研究課題では,無配線分子コンピューティングの可能性を理論と実験の両面から検証することを目的とする.本年度は,集積回路工学と計算機科学の両面からの取り組みを並行して実施した.1.人工触媒素子に基づく分子コンピューティング集積回路の実験モデル:レドックス・マイクロアレー(Redox Microarray)を考案し,そのプロトタイプシステムを実装した.本試作システムでは,人工触媒素子とその制御部をそれぞれ個別に実現している,まず,人工触媒素子部には前年度に試作したマイクロ電極アレーを用いる.マイクロ電極デバイス(Pt)によるレドックス分子(キノン/ヒドロキノン)の電気的制御に基づいて人工触媒素子の機能を実現する.一方,制御部には半導体集積回路を用いる.これまで実施してきたレドックス反応制御の予備実験の結果をふまえて,新たに専用の制御回路を設計・試作した.マイクロ電極アレーと制御回路とを結合した結果,レドックス・マイクロアレー全体の機能を実現することに成功した.2.レドックス・マイクロアレーを用いて,目的に応じた反応拡散場が人工的に創出できることを実験により実証した.計算機シミュレーションによって予想されるさまざまなパターン生成現象を,電極表面に形成される人工的な反応拡散場として実際のデバイス上に実現する.本年度は,計算機上にプログラムされた非線形関数によって制御されるレドックス・マイクロアレーを実現し,FitzHugh-南雲方程式の系で見られる興奮性反応拡散ダイナミクスを定性的に再現する反応拡散場を創出した.その応用として,興奮性反応拡散場による画像処理をレドックス・マイクロアレー上で実現することに成功した.以上の結果から,超並列コンピューティング原理の実証へ向けた第一歩を踏み出すことができたと考えられる.