ナノマテリアルを用いた大気下で最適駆動可能な演算ハードウェア素子の創製

使用纳米材料创建可以在大气中最佳运行的计算硬件元件

基本信息

批准号：
21K14527
负责人：
宇佐美雄生
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年脳機能の動作原理をナノ材料ネットワークの電荷移動を用いて模倣し、効率的な演算処理を行うシステムが注目されている。電気化学現象は脳内の神経回路の信号伝達に用いられており、ナノ材料を用いた演算システム駆動に向けた有力な候補である。前年度までの研究により、大気環境中におけるナノマテリアルの電荷移動の活性化は大気中からの湿気の影響でイオン由来の電荷移動が促進されたことに起因することわかり、これを用いることで高い演算性能が発揮されることを明らかにした。そのため2022年度では、外部から注入されたイオン由来の伝導によって駆動する演算素子の性能向上を目指し、①入力信号へのノイズ注入による演算性能向上及び②演算素子をデータ拡張素子に用いてニューラルネットワークと組み合わせた高演算機能化を行った。①入力信号に摂動を与えると学習結果が向上するという報告は、ソフトウェアシミュレーションによって多くなされているものの、ナノマテリアルを用いた演算ハードウェア素子では検討されていなかった。本研究では検討材料として酸化鉄とビスマス－チタン酸化物の複合体ナノ粒子を作製し、水中下でリザバー演算素子として動作させ、演算性能を入力ノイズの有無で比較した。②データ拡張は機械学習の性能向上に用いられ、元データを変形してデータ数を仮想的に増やす手法である。ソフトウェアを用いた機械学習における分類性能向上に必須を手法であるため、本研究ではデータ拡張を演算ハードウェア素子で表現可能かどうか、演算素子にポリアニリンスルホン酸を用いて音声分類及び画像分類を用いて検討した。

近年来，使用纳米材料网络中电荷转移模仿大脑功能的操作原理的系统吸引了人们的注意。电化学现象用于大脑中神经回路的信号传递，是使用纳米材料驱动算术系统的有前途的候选人。直到上一年的研究表明，空气环境中纳米材料的电荷转移的激活是由于从大气中的水分影响导致离子的电荷转移引起的，并且使用该方法表明高计算性能。因此，在2022财年，我们旨在改善由外部植入离子传导驱动的计算元件的性能，（1）通过将噪声植入输入信号来改善计算性能，（2）将计算元素用作数据扩展元素与神经网络相结合。 1）尽管已经通过软件模拟提出了许多报告，这些报告会扰动输入信号可改善学习结果，但尚未使用纳米材料使用算术硬件设备进行调查。在这项研究中，制备了氧化铁和氧化二坦的复合纳米颗粒作为考虑的材料，并将其作为水中的储层计算元素操作，并将计算性能与输入噪声的存在或不存在进行了比较。 2）数据扩展用于提高机器学习性能，并且是一种转换原始数据并实际上增加数据数量的方法。由于此方法对于使用软件改善机器学习中的分类性能至关重要，因此本研究检查了使用算术硬件元素可以使用音频分类和图像分类来表达数据扩展，并使用聚苯胺磺酸作为算术元素来表达数据扩展。