高分子の「ゆらぎ」を利用して省エネのコンピュータをつくる

情報処理を省エネルギー化する

現代はパソコン、スマートフォンが爆発的に普及し、ユビキタス、IoT（モノのインターネット）など、インターネットを介した情報処理が企業活動だけでなく暮らしのすみずみに行き渡り、情報処理にかかるエネルギー消費も爆発的に増えています。2025年頃には、全人類の使うエネルギーの20～40％を情報処理関連機器が使うという試算があります。情報処理を省エネルギーなものにすることが、科学技術に課せられた命題です。

人間の脳はコンピュータの1万倍の効率

現在のコンピュータは、CPU（中央演算装置）に、10億個ほどのトランジスタの素子が入っています。それに対して人間の脳には800億～1000億個のニューロンと、そのつなぎ目であるシナプスと呼ばれる部分からなる「素子」があります。脳はそれらの発する電気信号が複雑に絡みあって情報処理をする「エレクトロニクス機器」と言えます。しかも、パソコンの約100倍も素子数が多いにもかかわらず、その消費エネルギーは情報処理だけで見ると数ワットと言われています。つまりエネルギー消費を見るとパソコンの10分の1以下しかなく、数千倍から1万倍くらいエネルギー効率がいいことになります。

人間の脳を模倣した省エネの人工知能をつくる

脳の動作原理や構造を模倣するには、脳の中にあるニューロンのような回路をつくる必要があります。ニューロンの電気特性としては、壊れた電気部品のようにノイズ（雑音）を吐いてそれらがつながることで情報処理を行っています。有機物は巨視的レベルではじっとしているように見えますが、分子レベルでは激しく動いています。そういう分子レベルの「ゆらぎ」がノイズを発してニューロンに似たような働きをすると考えられます。そこで、高分子半導体やバイオベースポリマー絶縁体のような高分子を素材に用いて、エネルギー効率のいい、人間の脳に学んだ省エネの人工知能（AI）をつくる研究が進められているのです。

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先生情報 / 大学情報

群馬大学理工学部物質・環境類（材料科学プログラム）教授浅川直紀先生

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分子化学

先生が目指すSDGs

メッセージ

人工知能（AI）の研究は、今後ますます重要さを増してくる分野です。人間の脳の動きを模倣した人工知能を体に貼り付けたり伸ばしたりしても大丈夫な、ウェアラブルでストレッチャブルなデバイスにできれば、人間社会で幅広く活用できるようになります。この研究は化学から物理学、電子工学、情報工学、さらに生物学などを横断する複合的で総合的な分野ですから、あなたの好きな分野からトライしてみてください。最後にはあなたが持っている熱量、情熱がエネルギーになります。

先生への質問

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群馬大学は北関東を代表する総合大学として、優れた人材を育成し、学問の研究と応用、福祉への貢献など、社会的使命を果たすことを特色としています。「社会のニーズに配慮しつつ細分化から総合化へ」という理念を研究面、及び教育面に具体的に実現させ、「研究活動面における社会との連携及び協力」に高く評価される形となって生かされています。