人工的反応拡散場に基づく分子コンピューティングシステムに関する研究

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本研究では,人工的な反応拡散場を利用した新しいコンピューティング/信号処理モデルを検討することを目的とする.これは究極的には人工触媒素子チップにおいて完全並列に実現することを想定するが.用途によっては本研究者らのグループが提案する「ディジタル反応拡散システム(1)RDS : Digital Reaction-Diffusion System)」と呼ぶ非線形多次元フィルタの枠組みを利用してシグナルプロセッサ上で実現することも可能である.上記目的の達成へ向け,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.集積回路工学の観点から(1)目的に応じた反応拡散場をチップ上の微量溶液中に人工的に形成できることを実験的に検証した.すでに人工触媒素子の1次元/2次元配列の基礎実験などを完了しており,本年度はこの結果を発展させ164個の人工触媒素子を2次元配列状に集積化した人工触媒素子チップを試作し,それぞれの素子を外部からプログラム制御するインターフェースを実装した.(2)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.さらに,チップ上て発生する反応拡散波の可視化など,説得力のあるデモンストレーションを試みた.2.計算機科学の観点から(1)反応拡散ダイナミクスをテクスチャ生成や画像復元のための多次元フィルタとして利用することに焦点をしぼった検討を行った.すでにこのような理論展開のために「ディジタル反応拡散システム(DRDS : Digital Reaction-Diffusion Sysfem)」と呼ぶ枠組みを提案してある.DRDSを用い,(i)画像の生成・復元,(ii)2次元経路探索,(iii)ボロノイ図生成などのアルゴリズムを検討した.(2)検討した応用(i)〜(iii)のアルゴリズムを数値解析用ツールMATLAB上において実装し,プロトタイピングを行った.