微細な液滴が、脳にヒントを得たコンピューティングのための柔軟なネットワークを形成(Tiny droplets can form soft networks for brain-inspired computing)

2026-10-12 ペンシルベニア州立大学(Penn State)

米国ペンシルベニア州立大学(Penn State University)の研究チームは、水性の微小液滴を相互接続し、脳の神経回路を模倣した柔軟な情報処理ネットワークを開発した。液滴を油中に分散させ、脂質膜とイオンチャネルを介して接続することで、イオンの移動による電気信号の伝達を実現した。液滴間の膜は電荷を蓄積し、イオンチャネルは信号に応答するため、情報処理と短期記憶を材料内部で同時に実現できる。この仕組みをリザバーコンピューティングに応用し、実験測定とコンピューターシミュレーションによって性能を評価した結果、液滴を相互接続したネットワークは、独立したネットワークと比較して、複雑な信号の予測誤差を約50%低減した。従来のシリコン電子回路とは異なり、材料自体が信号伝達と処理を担う点が特徴である。今後、低消費電力のイオンコンピューティングとして、柔軟なロボット、適応型センサー、生体と電子機器の接続技術などへの応用が期待される。

<関連情報>

ニューロモルフィック組織:脳にヒントを得た時間計算のための柔軟な生体分子ネットワーク Neuromorphic tissues: Soft biomolecular networks for brain-inspired temporal computing

Nicholas X. Armendarez, Ahmed S. Mohamed, Md Sakib Hasan, and Joseph S. Najem
Science Advances  Published:23 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aed0971

微細な液滴が、脳にヒントを得たコンピューティングのための柔軟なネットワークを形成(Tiny droplets can form soft networks for brain-inspired computing)

Abstract

Brains achieve extraordinary efficiency in processing temporal information through dense interconnectivity and recurrent feedback among neurons. Inspired by this principle, we introduce neuromorphic tissues—soft biomolecular networks comprising cell-sized aqueous compartments interconnected by lipid membranes containing voltage-gated ion channels. When a compartment is electrically stimulated by current injection, the membranes separating it from neighboring compartments polarize until channel activation occurs, transiently transforming the interface into a conductive synapse that couples adjacent nodes. These dynamics generate intrinsic physical recurrence, enabling the network to encode, propagate, and reconstruct time-dependent signals without external feedback circuitry. Experiments and modeling demonstrate nonlinear, fading-memory, and recurrent dynamics characteristic of reservoir computing, enabling accurate prediction of nonlinear and chaotic sequences such as NARMA-10 and the Lorenz attractor. This work suggests that spatial interconnectivity can enhance the computational capabilities of physical reservoirs and highlights soft, self-assembled materials as a promising platform for implementing such interconnected systems.

1601コンピュータ工学
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