分子ネットワークを用いたリザーバコンピューティングの創製

使用分子网络创建储层计算

基本信息

批准号：
19J11003
负责人：
宇佐美雄生
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11003/
关键词：
導電性高分子金微粒子情報処理

项目摘要

本研究では、分子ネットワークを用いたリザーバコンピューティングの創製と題し、導電性高分子の一種であるポリアニリンと金微粒子を混合し、自己組織化させることで、情報処理手法の一つであるリザーバコンピューティングを構築し、物質ネットワークに立脚した情報制御を目的として研究を進めた。注意深く研究を進めた結果、金微粒子を用いた導電性高分子の構造の乱れをネットワーク内に導入することにより、ナノスケールの局所的な電子状態が変調することを明らかにした。この構造の乱れにより、導電性高分子の電荷移動担体であるポーラロンの電子状態が変化することを、顕微ラマンスペクトル及びＸ線光電子分光の計測結果から明らかにした。さらに、このネットワークに多端子電極を接続することにより、電極間にネットワーク移動経路に依存した電子物性及び遅延時間応答性を得られた。これらの結果から、本研究で検討したポリアニリンー金微粒子ネットワークデバイスが脳神経回路型情報処理であるリザーバコンピューティングに必要な非線形性、メモリ特性、高次元性といった要素機能を発現することを実証した。本研究により、ナノスケールの構造変調をネットワーク内に導入することによって、電子的な物性制御のみならず、情報処理機能への展開の端緒を示すことができた。このことは、現在実装されている情報処理システムであるノイマン型アーキテクチャでは解決できない問題を、材料を計算資源として脳機能に学んだ新たな方向性の情報処理によって解決させられることにつながるため、重要かつ意義深い成果である。

在这项研究中，我们的目标是利用分子网络创建储层计算，我们将通过混合聚苯胺（一种导电聚合物）和金颗粒并使其自组织来开发储层计算，这是一种信息处理方法。基于物质网络的系统，以基于物质网络的信息控制为目的进行研究。经过仔细研究，发现可以通过使用金颗粒将导电聚合物的结构扰动引入网络来调节纳米尺度的局域电子态。显微拉曼光谱和X射线光电子能谱的结果表明，这种结构扰动改变了极化子的电子态，极化子是导电聚合物中的电荷转移载体。此外，通过将多端子电极连接到该网络，我们能够根据电极之间的网络移动路径获得电子特性和延迟时间响应性。这些结果表明，本研究研究的聚苯胺-金微粒网络器件表现出非线性、记忆特性和储层计算（基于神经回路的信息处理）所需的高维性等基本功能。通过这项研究，通过将纳米级结构调制引入网络，我们不仅能够展示电子物理特性控制方面的发展，而且还能够展示信息处理功能方面的发展起点。这很重要，因为当前实现的信息处理系统（诺依曼架构）无法解决的问题可以通过从大脑功能中学习的新信息处理方向来解决，使用材料作为计算资源，这是一项重大成就。