Creation of Novel Brain Information Processing Circuits Using Free Wiring Technology of Conductive Polymer Wires

利用导电聚合物线自由布线技术创建新型大脑信息处理电路

• 批准号: 22KJ0051
• 负责人: 萩原 成基
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0051/
• 关键词: 導電性ポリマー; 脳型情報処理回路; マテリアル知能; 生体模倣; 3次元LSI

(1)これまで1次元的なものに限定されてきた導電性ポリマーワイヤー配線を、2次元及び3次元的な配線へと拡張できないか検証を進めた。2次元平面上にマイクロ間隔でパターニングされた4つの電極全てを同一のモノマー前駆体溶液に浸漬し、重合電圧を印加することで所望の複数電極間へ導電性ポリマーワイヤーを分岐配線させることに成功した。また、Au薄膜上へマイクロ間隔で形成された3つのAuスタッドバンプを下部電極として、電解研磨法を用いて作製した1つのAu探針を上部電極として用いた3次元配線システムを構築した。各電極へ重合ポテンシャルを液中印加したところ、各電極先端において電界集中が起こり、自重に抗いながら電界に沿ってワイヤー成長が進行する様子が初めて観測された。本成果は3次元空間上の所望する点同士を電気的に接続する新たな手法を提供し、3次元LSIにおける要素技術として大きく貢献し得る。(2)(1)にて確立した自由配線技術を応用し、比較的簡単な脳型情報処理の実装を試みた。各電極間抵抗値を読み出しながら、重合電圧印加時間をフィードバック制御することで配線ワイヤー本数をある程度制御でき、所望の抵抗値へとシナプス可塑性の如く高精度制御できることを明らかにした。さらに、ワイヤー配線によるネットワーク形成後に電圧パルスを印加することで配線ポリマーワイヤーの物理化学的性質変化が誘起され、近傍シナプス間の側抑制的な相互作用に対応する抵抗変化特性が観測された。これらの挙動を利用することで、導電性ポリマーネットワークのヘブ則学習やwinner take all型情報処理を実現できることを明らかにした。さらなる高度なアプリケーションの実現に向け、3次元配線用Auスタッドバンプを多数集積したチップの設計を進めた。

(1) こ れ ま で 1 yuan な も の に qualified さ れ て き た conductivity ポ リ マ ー ワ イ ヤ ー wiring を, 2 dimensional and 3 dimensional び な wiring へ と company, zhang で き な い か 検 card を into め た. Two dimensional plane に マ イ ク ロ interval で パ タ ー ニ ン グ さ れ た 4 つ の electrode all て を same の モ ノ マ ー に 駆 body solution before dipping し, overlapping electric 圧 を Inca す る こ と で hoped の plural electrodes へ conductivity ポ リ マ ー ワ イ ヤ ー を branching wiring さ せ る こ と に successful し た. ま た, Au film on へ マ イ ク ロ で formed between さ れ た 3 つ の Au ス タ ッ ド バ ン プ を bottom electrode と し を て, electrolytic grinding method with い て cropping し た 1 つ の Au probe を upper electrode と し て in い た 3 dimensional layout シ ス テ ム を build し た. Each electrode へ overlap ポ テ ン シ ャ ル を in Inca し た と こ ろ, each electrode apex に お い て electrical boundary concentrated が こ り, self-respect に resistance い な が ら electricity industry に along っ て ワ イ ヤ ー が to す る others in early child が め て 観 measuring さ れ た. This achievement は 3 dimensional space の hoped す る with "を electric 気 に pick 続 す る new た な gimmick を し, 3 dimensional LSI に お け る elements technology と し て big き る し く contribution. (2)(1)にて Establish the た free wiring technology を応 use the <s:1>, comparative simple 単な脳 type information processing equipment を to test みた. On each electrode resistance between numerical を 読 み out し な が ら, overlapping electric 圧 Inca time を フ ィ ー ド バ ッ ク suppression す る こ と で wiring ワ イ ヤ ー book を あ る degree suppression で き, promise の resistance numerical へ と シ ナ プ ス plasticity の as く high-precision suppression で き る こ と を Ming ら か に し た. さ ら に, ワ イ ヤ ー wiring に よ る ネ ッ ト ワ ー ク に after the formation of electricity 圧 パ ル ス を Inca す る こ と で wiring ポ リ マ ー ワ イ ヤ ー の nature of the physical and chemical variations change が induced さ れ, nearly alongside シ ナ プ ス の lateral inhibition な interaction between に 応 seaborne す る resistance - the characteristics が 観 measuring さ れ た. こ れ ら の 挙 dynamic を using す る こ と で, conductivity ポ リ マ ー ネ ッ ト ワ ー ク の ヘ ブ is learning や winner take all type of intelligence 処 Richard を be presently で き る こ と を Ming ら か に し た. さ ら な る highly な ア プ リ ケ ー シ ョ ン の be am に to け, 3 dimensional layout with Au ス タ ッ ド バ ン プ を most set product し た チ ッ プ の design を into め た.

项目成果

Construction of a neural network using organic materials and ions

使用有机材料和离子构建神经网络

• 发表时间: 2022
• 作者: Misaka Tomoki;Kajimoto Kentaro;Araki Kento;Otsuka Yoichi;Matsumoto Takuya;Takuya Matsumoto;S. Kasai;谷洋介;Takuya Matsumoto;松本卓也;S. Kasai and S. Saito;S. Kasai and M. Aono;葛西誠也;葛西誠也;Akai-Kasaya M.;Akai-Kasaya M.;Akai-Kasaya M.
• 通讯作者: Akai-Kasaya M.

Conductive polymer neural networks for neuromorphic wetware

用于神经形态湿件的导电聚合物神经网络

• 发表时间: 2023
• 作者: Hagiwara Naruki;Kan Shaouha;Asai Tetusya;Akai-Kasay Megumi;Hagiwara Naruki
• 通讯作者: Hagiwara Naruki

3D Conductive Polymer Wiring Synapses for Neuromorphic Wetware

用于神经形态湿件的 3D 导电聚合物接线突触

• 发表时间: 2022
• 作者: Hagiwara Naruki;Asai Tetsuya;Ando Kota;and Akai-Kasaya Megumi
• 通讯作者: and Akai-Kasaya Megumi

脳型ウェットウェア創製に向けた3次元導電性ポリマーネットワークの構築及び学習

用于制作脑形湿衣的 3D 导电聚合物网络的构建和学习

• 发表时间: 2023
• 作者: 萩原 成基;安藤 洸太;浅井 哲也;赤井 恵
• 通讯作者: 赤井 恵