研究の要旨とポイント
●エッジ人工知能（AI）センサの基盤技術として、低消費電力で高速リアルタイム情報処理が可能な物理リザバコンピューティング（PRC）が注目されている。しかし、生体モニタリングに適した特性を有するPRCの実現は困難だった。
●今回、生体信号の処理に適したサブ秒オーダーの応答時間で光信号を処理できる、人工光電子シナプスデバイスを設計した。
●このデバイスはナノセルロースと酸化亜鉛（ZnO）ナノ粒子から構成されるため、通常の紙のように柔軟かつ焼却処分可能。
●フレキシブルかつ使い捨て可能な生体情報モニタリング用のウェアラブルエッジAIセンサの実現につながると期待される。

研究の概要
　東京理科大学先進工学部電子システム工学科の生野 孝准教授らの研究グループは、ナノセルロースと酸化亜鉛（ZnO）ナノ粒子から構成される、使い捨て可能で柔軟な紙ベースの人工光電子シナプスデバイスを設計・創製した。このデバイスはサブ秒オーダーの応答時間で光信号を処理できることから、生体信号の処理に適した物理リザバコンピューティング（PRC）に応用でき、柔軟かつ使い捨て可能なウェアラブルエッジAIセンサ実現に向けた基盤技術として期待される。

　近年、ヘルスケア分野で生体情報モニタリングが大きな注目を集めており、市場の拡大が期待されている。その基盤技術として、人間の視覚システムを模した光センシング機能と認知機能を兼ね備えた低消費電力で動作する自己完結型のエッジAIセンサの開発が求められている。

　現在、そうしたセンサを実現する有望な手法としてPRCが脚光を浴びている。PRCは、物理系のダイナミクスを計算資源として利用することで、時系列信号を低消費電力でリアルタイムに処理できる。PRCの応答時間は利用する物理系の反応特性に左右されるが、生体信号の処理に適したサブ秒オーダーの応答時間で情報処理できるPRCはまだ十分に研究が進んでいない。また、生体情報モニタリングにPRCを活用するためには、応答時間の最適化に加え、生体表面に接着できる柔軟性と、衛生上の観点から使い捨て可能であることが求められる。

　そこで本研究では、サブ秒オーダーの時系列光入力に応答可能かつ、柔軟性をもつナノセルロースとZnOナノ粒子から構成される人工光電子シナプスデバイスを設計した。本デバイスは短期記憶タスクおよび手書き文字認識タスクにおいて十分な性能を示し、1000回の曲げ試験実施後も精度に影響は無かった。また、このデバイスは通常のコピー用紙と同じように数秒で焼却処分でき、使い捨て可能。本デバイスはヘルスモニタリングに利用できるPRCとして有望であると期待されるという。

本研究成果は、2024年2月22日に国際学術誌「Advanced Electronic Materials」にオンライン掲載された。

プレスリリースサイト：https://www.tus.ac.jp/today/archive/20240311_8132.html