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自然・生物・伝統に学び未来に生かす

大矢研では斬新なアプローチからの

「新機能ナノデバイスの創生」を目指します
新機能ナノデバイス創生のために

「実験・デバイスづくり〜理論・シミュレーション」と包括して研究を行い世界がアッと驚くようなデバイス開発を目指します。

 現在のテーマ

 Mission 1 自然界に学べ! 
 
普段気にすることのない“自然”…。

実は、工学的には非常に興味深い挙動をしていると言うことができます。

自然界では非常に高度な「複雑構造の構築」や「情報処理」を行っていると考えることができるのです。

自然現象をヒントにシステム設計ができたらどうでしょうか?

ポイントは「自然・生物の物理と電子デバイスの物理の対応付け」です。これにより斬新なデバイスが生まれます。


    ・自然界の情報処理(Key:反応拡散コンピューティング)
自然界では様々なものが相互に影響しあっています。視点を変えると、これは情報処理をしていると考えることができます。これは、独立している一つ一つのものが独自に処理を行いつつ近くのものに影響を及ぼす(データのやり取りをする)ので本質的に並列演算を行っていると考えられるということです。もし、これをデバイスとして簡単につくることができるとしたらどうでしょうか…?

(←迷路を解く並列演算デバイス)

反応拡散コンピューティング用回路の例とその挙動例
(ノード電圧(●-アース間)が高ければ白,低ければ黒として表示)

現在「教科書」としている自然・生物の物理現象
(電子デバイス・ナノデバイス用情報処理システムの素)
粘菌の挙動 ビリヤードボールの
挙動
ドミノ倒しの挙動

(http://www.jst.go.jp/pr/info/info708/)

蟻の挙動 脳情報処理 確率共鳴現象
(雑音を味方につける)

(By J.J. Collins, et al.)
などなど・・・
これまでの成果(一部)

  • 単電子粘菌回路の設計とシミュレーション → 実現可能性を見出した!
  • 単電子ビリヤードボールゲートの設計とシミュレーション → 実現可能性アリ!
  • 単電子ドミノ論理回路の設計とシミュレーション → 基本論理ゲートとメモリが実現可能であると見出した!
  • 蟻や軍隊カニの群行動模倣単電子回路の設計とシミュレーション → 実現可能性を見出した!
  • 脳に学ぶ単電子連想記憶回路の設計とシミュレーション → 16個の単電子ニューロン回路のネットワークで動作確認!
  • 単電子確率共鳴回路の設計とシミュレーション → 熱雑音、素子バラつき、回路内雑音を味方につけて動作できることを見出した!雑音の力を借りて信号伝搬速度が向上する見通しも得た!

    その他、続々成果報告中!

 Mission 2 伝統とナノテクを融合せよ!
日本にはものづくりに関して数多くの伝統があります。漆器,陶器,木工品などなど…。また、書に関しても伝統があり、それに伴い和紙の製造なども行われてきました。

 一方で、近年ナノテクノロジーの発展によりフラーレン(C
60)やグラフェンなどの「ナノカーボン材料」の開発が進みました。その中でも本研究室では、特にカーボンナノチューブ(CNT)の利用・応用を検討しています。

 CNTは電気特性や発光特性など優れた機能を有していることが知られています。しかしながら、現状、製品としては粉状であったり水溶液としての販売がほとんどです。
 高度な応用はもちろん重要ですが「
身近なところへの応用」も重要と考え、本研究室では世界で初めて「紙との融合」である「CNT複合紙(CNT複合和紙・CNT和紙)」を開発しました(2007年に開発、2008年1月論文発表)。製造方法は日本伝統の和紙作製(紙漉き)プロセスを応用したものであり、これにより簡単な方法でCNT複合紙を作製可能です。

 
CNT複合紙

 このCNT複合紙は「紙でありながらCNTの機能を有する」という大きな特徴があります。現在は、これの応用として以下のようなものを研究しています。これにより「紙なのに○○ができる!」とい斬新なものが実現され、将来的には従来通りペンで書き込むことはもちろんのこと、情報処理など電子デバイス的な動作も合わせて実行できるような機能紙が作製できるかもしれません。

 応用展開は無限大のこのCNT複合紙、
                  一緒に突き詰めてみませんか?

                   (CNTペーパーのTEM像↓)

(紙抄きイメージ)

(謝辞: NTT-AT Co., Ltd.)

現在のターゲット(応用検討)
(「紙なのに○○」の○に入るもの)
色素増感太陽電池 トランジスタ

人工物メトリクス認証 熱的応用(発熱体等)

電磁波シールド
などなど・・・

これまでの成果(一部)

  • 紙なのに太陽電池(色素増感太陽電池紙) → 発電を確認!
  • 紙なのにトランジスタ(ペーパートランジスタ) → p型・n型の動作確認!
  • 人工物メトリクス認証 → 認証精度(EER)10-14達成の見通しが立った!(100兆回に1回しか間違えない。(cf. 指紋認証が10-7前後))
  • 紙なのに発熱(面状発熱紙) → 一様に発熱させられることを確認!
  • 紙なのに電磁波シールド → 1MHz弱〜18GHz程度まで30dB以上の電磁波抑制効果を確認!

    その他、続々成果報告中!
最終形として・・・


アナログ(紙に書く)かつ
ディジタル(情報処理)な新メディアへ

(情報処理は「自然・生体に学んだシステム」で)



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