JP2000215264A - Signal processing unit and circuit therefor - Google Patents

Signal processing unit and circuit therefor

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JP2000215264A
JP2000215264A JP11016112A JP1611299A JP2000215264A JP 2000215264 A JP2000215264 A JP 2000215264A JP 11016112 A JP11016112 A JP 11016112A JP 1611299 A JP1611299 A JP 1611299A JP 2000215264 A JP2000215264 A JP 2000215264A
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JP
Japan
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signal processing
charged body
power supply
voltage
charged
Prior art date
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Pending
Application number
JP11016112A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Okamoto
洋 岡本
Mieko Seki
三枝子 関
Kazuhisa Ichikawa
一寿 市川
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a WTA competition process occurring between synapses in a living body electrochemically. SOLUTION: Plural signal processing units are installed for the same anion solution. Each signal processing unit is formed of a pair of electrodes formed of a first electrode 18a where a polypyrrole layer 16 is formed on a surface and a second electrode 18b where the polypirrole layer 16 is not formed on the surface, and a power source part applying voltage to a pair of electrodes. The power source part switches a first power source part applying voltage in sizes which are individually decided for the respective first electrodes 18a based on inputted data and a second power source part applying uniform inverse voltage to all the second electrodes 18b by a switch mechanism at a period which is previously decided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、信号処理ユニット
及び信号処理ユニットを使用した信号処理回路に係り、
特に、ニューラルネットワークを利用した信号処理ユニ
ット及び信号処理ユニットを使用した信号処理回路に関
する。
The present invention relates to a signal processing unit and a signal processing circuit using the signal processing unit.
In particular, the present invention relates to a signal processing unit using a neural network and a signal processing circuit using the signal processing unit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の情報処理技術では、入力した情報
に対して目的とする処理が施されるようにアルゴリズム
を設計して作成したプログラムを予め装置に組み込んで
おき、入力した情報を装置に組み込まれたアルゴリズム
に従って高速・大量に処理することがなされている。
2. Description of the Related Art In conventional information processing technology, a program created by designing an algorithm so that a target process is performed on input information is incorporated in a device in advance, and the input information is stored in the device. High-speed and large-volume processing is performed according to an incorporated algorithm.

【0003】このような情報処理技術では、前もって処
理対象となる情報の構造を想定してアルゴリズムを設計
するため、想定された情報に対しての処理は確実に行え
るが、処理対象となる情報が全く想定しない構造のもの
である場合は、処理することができない。
In such an information processing technique, an algorithm is designed in advance by assuming the structure of the information to be processed. Therefore, it is possible to reliably perform processing on the assumed information. If the structure is completely unexpected, it cannot be processed.

【0004】一方、自然界においては、生物はこのよう
な制限条件にとらわれない情報処理を行っている。生物
が行う情報処理の著しい特徴は、生物が新しい環境に遭
遇した時に、そこに適した情報処理の様式を学習する能
力にある。
[0004] On the other hand, in the natural world, living organisms perform information processing irrespective of such restriction conditions. A striking feature of living organisms' information processing is their ability to learn the appropriate information processing style when they encounter a new environment.

【0005】すなわち、生物の情報処理は脳を中心とす
る神経系により行われるが、生物においては情報処理の
アルゴリズムは前もって組み込まれているのではなく、
「学習」を通じて自動的に獲得されるものである。な
お、一般に、神経系が学習を通じてアルゴリズムを自動
獲得する過程は、「自己組織化」と呼ばれている。
[0005] That is, information processing of living things is performed by the nervous system centered on the brain, but in living things, algorithms for information processing are not pre-installed,
It is acquired automatically through "learning." Generally, a process in which the nervous system automatically acquires an algorithm through learning is called “self-organization”.

【0006】近年、注目を浴びているニューラルネット
ワーク情報処理技術は、脳神経系における自己組織化の
メカニズムに倣って、従来の情報処理技術に付随すると
ころの「前もってアルゴリズムを与える」という制限条
件を超える新しい情報処理技術の構築を目指すものであ
る。
In recent years, the neural network information processing technology, which has attracted attention, follows the self-organization mechanism in the cerebral nervous system and exceeds the limitation of "providing an algorithm in advance" which is associated with the conventional information processing technology. The aim is to build a new information processing technology.

【0007】一般に脳を中心とする神経系は、ニューロ
ンと呼ばれる神経細胞を単位とし、このニューロンが多
数複雑に結合して神経回路網を構成している。個々のニ
ューロンは、樹状突起と呼ばれる枝状の線維の集合と軸
索と呼ばれる長い側枝を持つ線維とから成る。
In general, the nervous system centered on the brain is a unit of nerve cells called neurons, and a large number of these neurons are connected in a complex manner to form a neural network. Each neuron consists of a collection of branched fibers called dendrites and fibers with long side branches called axons.

【0008】インパルスと呼ばれるパルス状の電位変化
が他のニューロンから樹状突起に受け渡されるが、この
インパルスは樹状突起から軸索を伝播する。インパルス
が軸索を伝播して軸索の出力端であるシナプスに達する
と、シナプスと結合する他のニューロンの樹状突起や細
胞にグルタメイトやアセチルコリンなどの神経伝達物質
を放出する。
[0008] A pulse-like potential change called an impulse is transferred from another neuron to the dendrite, and the impulse propagates from the dendrite to the axon. When the impulse propagates through the axon and reaches the synapse, which is the output end of the axon, it releases neurotransmitters such as glutamate and acetylcholine to dendrites and cells of other neurons that connect to the synapse.

【0009】シナプスには、そこで起こった信号伝達の
履歴に応じて、自身の伝達効率を変化させ、他のニュー
ロンに伝達するインパルスのレベルを変えるという性質
がある(シナプス可塑性)。そのため、シナプスと結合
する他のニューロンには、信号伝達の履歴に応じた大き
さのインパルスが受け渡されることとなる。
Synapses have the property of changing their transmission efficiency and changing the level of impulses transmitted to other neurons in accordance with the history of signal transmission that has occurred there (synaptic plasticity). Therefore, an impulse having a size corresponding to the history of signal transmission is delivered to another neuron that connects to the synapse.

【0010】脳を中心とする神経系における情報処理
は、このようなニューロンからニューロンへの信号伝播
のネットワーク全体にわたる集積によって行われる。な
お、各シナプスにおける伝達効率の可塑的変化は、神経
系全体の自己組織化の素過程であると考えられている。
Information processing in the nervous system centered on the brain is performed by accumulation of such signal transmission from neuron to neuron over the entire network. The plastic change in transmission efficiency at each synapse is considered to be an elementary process of self-organization of the entire nervous system.

【0011】このような脳を中心とする神経系における
情報処理を応用してニューラルネットワークを構築した
場合、各ニューロンに対応する信号伝達ユニットを複数
備えたものとして構成される。しかしながら、一般には
複数のシナプスに対応するそれぞれの信号伝達部位にお
いて、自身を通過した信号に応じてバラバラに伝達効率
を変化させるだけでは、ニューラルネットワーク全体と
しての信号の流れの変化は無目的である。
When a neural network is constructed by applying such information processing in the nervous system centered on the brain, the neural network is configured as having a plurality of signal transmission units corresponding to each neuron. However, in general, simply changing the transmission efficiency at each signal transmission site corresponding to a plurality of synapses in accordance with the signal passing through itself does not have any purpose to change the signal flow as a whole neural network. .

【0012】すなわち、個々の信号伝達ユニットの信号
伝達部位の伝達効率の変化を自己組織化に対応させるた
めには、各ユニットにおいてそれぞれの信号伝達部位毎
の伝達効率の変化がバラバラに起こるのではなく、それ
ぞれの信号伝達部位が同じユニット上に構成される他の
信号伝達部位の伝達効率の変化を参照し合いながら、他
の信号伝達部位の伝達効率の変化状態に依存して行なわ
れることが必要である。
In other words, in order for the change in the transmission efficiency of the signal transmission portion of each signal transmission unit to correspond to the self-organization, the change in the transmission efficiency of each signal transmission portion in each unit may occur differently. Instead, each signal transmission part is performed depending on the change state of the transmission efficiency of the other signal transmission part while referring to the change of the transmission efficiency of the other signal transmission part configured on the same unit. is necessary.

【0013】実際の生物の神経系においては、個々のシ
ナプスが相互参照をどのように行い、神経系の自己組織
化にどのように関連させているかについては、未だ詳し
いことは解明されていない。しかし、同じニューロン上
に形成されるシナプス間にWinner−Take−All(以下、
WTAと称す。)型の競合的な相互作用、すなわち、特
定のパターンを入力すると、シナプス間に競合現象が発
生して、特定のシナプスのみが選択的に強化され、他の
シナプスは抑制されるという作用が自己組織化に有用で
あることが知られている(S.Tanaka. Neural Networ
ks.Vol.3、P625(1990))。
[0013] In the nervous system of actual organisms, it has not yet been elucidated how the individual synapses cross-reference and relate to the self-organization of the nervous system. However, between the synapses formed on the same neuron, Winner-Take-All (hereinafter, referred to as
Called WTA. ) Type of competitive interaction, that is, when a specific pattern is input, a competitive phenomenon occurs between synapses, and only the specific synapses are selectively strengthened, while the other synapses are suppressed. It is known to be useful for organizing (S. Tanaka. Neural Networ
ks. Vol. 3, P625 (1990)).

【0014】このことに対応して、ニューラルネットワ
ーク情報処理技術においても、個々の信号伝達ユニット
のシナプスに対応する信号伝達部位にWTA型競合作用
を組み入れることが自己組織化の実現に有用であること
が知られている(S.Grossberg.Biological Cbernetic
s.Vol.23、P121 (1976))。
In response to this, in neural network information processing technology, it is useful for realizing self-organization to incorporate a WTA-type competitive action into a signal transmission site corresponding to a synapse of each signal transmission unit. (S. Grossberg. Biological Cbernetic
s. Vol.23, P121 (1976)).

【0015】以下、WTA型競合について、生物の神経
系におけるWTA型競合の役割とメカニズムを例にして
説明する。なお、ここでは、シナプスを介して信号の送
り手側のニューロンを前シナプス性ニューロン、受け手
側のニューロンを後シナプス性ニューロンと称する。
Hereinafter, WTA-type competition will be described by taking the role and mechanism of WTA-type competition in the nervous system of an organism as an example. Here, the neuron on the sender side of the signal via the synapse is called a presynaptic neuron, and the neuron on the receiver side is called a post-synaptic neuron.

【0016】個々のニューロンは複数のニューロンから
信号伝達を受けているため、回路網を構成するニューロ
ンのうち、1つのニューロンを後シナプス性ニューロン
として注目したとき、その樹状突起には前シナプス性ニ
ューロンからの信号を受けるための複数のシナプスが形
成されている。
Since each neuron receives signal transmission from a plurality of neurons, when one of the neurons constituting the circuit network is noted as a post-synaptic neuron, its dendrites have pre-synaptic neurons. Multiple synapses are formed to receive signals from neurons.

【0017】ここで、注目した後シナプス性ニューロン
に信号を伝達する前シナプス性ニューロンがそれぞれ何
らかの事象をコードしている場合、これらの前シナプス
性ニューロンから後シナプス性ニューロンへ信号が伝達
されると、伝達された信号のうち、最も強い信号を伝達
した前シナプス性ニューロンのシナプスがWTA的競合
によって選択されるため、最も強い信号を伝達した前シ
ナプス性ニューロンのシナプスの伝達効率だけが強化さ
れることとなり、後シナプス性ニューロンはこの最強信
号が担う情報を選択的にコードすることになる。このよ
うな性質は、生物の神経系において特徴抽出細胞が自己
組織的に形成されるメカニズムを説明する。
Here, if the presynaptic neurons that transmit signals to the post-synaptic neurons of interest code each of some events, if the signals are transmitted from these pre-synaptic neurons to the post-synaptic neurons, Of the transmitted signals, the synapse of the presynaptic neuron that transmitted the strongest signal is selected by WTA-like competition, so only the transmission efficiency of the synapse of the presynaptic neuron that transmitted the strongest signal is enhanced. This means that post-synaptic neurons selectively code the information carried by this strongest signal. These properties explain the mechanism by which feature-extracting cells are self-organized in the nervous system of an organism.

【0018】最近、シナプス間のWTA的競合は、後シ
ナプス性ニューロン内の生化学的な過程を通じて行われ
得ることが理論的に示唆されている(H.Okamoto.and K.
Ichikawa.Physical ReView E.Vol.49、P3412
(1994))。以下に、後シナプス性ニューロン内の生
化学的な過程について簡単に説明する。
Recently, it has been theoretically suggested that WTA-like competition between synapses can occur through biochemical processes in postsynaptic neurons (H. Okamoto. And K. et al.
Ichikawa. Physical ReView E. Vol.49, P3412
(1994)). The following briefly describes the biochemical processes in postsynaptic neurons.

【0019】シナプスはシナプス間のWTA的競合を実
現するための第1の酵素と第2の酵素との2種類の酵素
を有する。第1の酵素は、非活性化状態においては可溶
性であるが活性化状態では膜結合性となる性質を有する
と共に、自身が触媒となって自身を活性化させる自己触
媒作用を有する。第2の酵素は、第1の酵素の非活性化
を触媒する性質を持つ。
The synapse has two types of enzymes, a first enzyme and a second enzyme, for achieving WTA-like competition between synapses. The first enzyme is soluble in the non-activated state, but has a property of being membrane-bound in the activated state, and has an autocatalytic action of activating itself by acting as a catalyst. The second enzyme has a property of catalyzing the deactivation of the first enzyme.

【0020】初期時刻において、後シナプス性ニューロ
ンに接合する複数の前シナプス性ニューロンから後シナ
プス性ニューロンの各シナプスに信号が伝達されると、
伝達された信号の強さに応じて、細胞質中を拡散輸送に
より浮遊している非活性化状態の第1の酵素のうち、信
号を発したシナプス近傍にあるものが活性化され、信号
を発したシナプスに結合する。
At an initial time, when a signal is transmitted from each of a plurality of presynaptic neurons connected to the postsynaptic neuron to each synapse of the postsynaptic neuron,
According to the strength of the transmitted signal, the first enzyme in the inactive state, which is suspended in the cytoplasm by diffusion and transport, is activated near the synapse that has emitted the signal, and emits the signal. Binds to synapses.

【0021】第1の酵素は自己触媒作用を有するため、
シナプスに結合した第1の酵素の自己触媒作用によっ
て、シナプス間を浮遊する非活性状態にある第1の酵素
を活性化して膜結合性に変化させ、自身の中に取り込も
うとする。
Since the first enzyme has an autocatalytic action,
By autocatalysis of the first enzyme bound to the synapse, the inactive first enzyme floating between the synapses is activated to change into membrane-bound and try to take it into itself.

【0022】各シナプスがそれぞれこのような非活性状
態にある第1の酵素の取り込みを行う結果、シナプス間
に非活性化状態の第1の酵素をめぐる競合(取り合い)
が始まる。充分時間が経過した後に、活性化状態にある
第1の酵素は初期時刻において第1の酵素の活性化が最
も優位に行われたシナプスに集中する。
As a result of the incorporation of the inactive first enzyme by each synapse, competition between the synapses over the inactivated first enzyme occurs.
Begins. After a sufficient time has elapsed, the activated first enzyme concentrates at the synapse where the activation of the first enzyme was most predominant at the initial time.

【0023】すなわち、この初期時刻において第1の酵
素の活性化が最も優位に行われたシナプスが単独勝者と
なり、最終的にはこのシナプスが活性化状態にある第1
の酵素をすべて奪い取ることとなる。
That is, at this initial time, the synapse in which the activation of the first enzyme is most predominant is the sole winner, and finally the first synapse in the activated state is activated.
Will take away all of the enzyme.

【0024】生物の神経系におけるWTA過程において
は、初期時刻における入力信号input(前シナプス性ニュ
ーロンからの信号を受けるための複数のシナプスにおい
て伝達された信号の強度)に対する終期時刻における出
力信号output(どのシナプスが選択されるか)の対応のみ
ではなく、その途中も重要であると考えられる。
In the WTA process in the nervous system of an organism, an output signal output () at an end time with respect to an input signal input (an intensity of a signal transmitted at a plurality of synapses for receiving a signal from a presynaptic neuron) at an initial time. It is thought that not only the correspondence of which synapse is selected) but also the middle is important.

【0025】すなわち、非活性状態の第1の酵素をめぐ
るシナプス間競合の過程自体も、神経系が自己組織化を
行う上で、重要な役目を果たしていると考えられる。従
って、自己組織化を工学的に再現するに当たっては、W
TA競合過程をできるだけ生体内で起こっているものと
近い形で再現することが必要である。
That is, it is considered that the process itself of competition between synapses for the inactive first enzyme also plays an important role in the self-organization of the nervous system. Therefore, in engineeringly reproducing the self-organization, W
It is necessary to reproduce the TA competition process as closely as possible in vivo.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ニューラルネットワーク情報処理技術においては、WT
A過程を取り入れるに当たっては、その初期時刻におけ
る入力信号inputと終期時刻における出力信号outputと
の対応付けだけを学習ルールに組み込むに留まり、生体
内で起こっているWTA競合過程を生態と同様な化学的
過程を用いて実現した装置は存在しない。
However, in the conventional neural network information processing technology, WT
In incorporating the process A, only the correspondence between the input signal input at the initial time and the output signal output at the end time is incorporated into the learning rule, and the WTA competition process occurring in the living body is subjected to a chemical reaction similar to ecology. There is no device realized using the process.

【0027】本発明は、生体内のシナプス間で起こって
いるWTA競合過程のように、自己触媒反応と拡散輸送
とを利用したWTA競合過程を電気化学的に実現して信
号処理を行える信号処理ユニット及び信号処理ユニット
を使用した信号処理回路を提供することを目的とする。
According to the present invention, there is provided a signal processing apparatus capable of electrochemically implementing a WTA competition process utilizing autocatalysis and diffusion transport, such as a WTA competition process occurring between synapses in a living body, and performing signal processing. It is an object to provide a signal processing circuit using a unit and a signal processing unit.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載の発明の信号処理ユニットは、正電荷
または負電荷に帯電した帯電体の少なくとも一方を分散
した電荷分散媒体中に設けられた1対の電極と、該1対
の電極の少なくとも一方に設けられ、帯電体を捕捉する
方向に電圧が印加されると電荷分散媒体中の帯電体を捕
捉して自身の導電率を上昇させると共に、前記1対の電
極に逆方向に電圧が印加されると捕捉した帯電体を前記
電荷分散媒体中に戻す帯電体捕捉層と、を備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a signal processing unit comprising: a charge-dispersing medium in which at least one of a positively charged body and a negatively charged body is dispersed; A pair of electrodes provided and at least one of the pair of electrodes are provided, and when a voltage is applied in a direction to capture the charged body, the charged body in the charge dispersing medium is captured and the conductivity thereof is reduced. A charge capturing layer that raises the charge and returns the captured charge to the charge dispersion medium when a voltage is applied to the pair of electrodes in a reverse direction.

【0029】1対の電極は、電荷分散媒体中に設けられ
ており、電圧の印加により電荷分散媒体中に電界を形成
する。電荷分散媒体は、少なくとも正電荷に帯電した帯
電体及び負電荷に帯電した帯電体の一方を分散させてお
り、この帯電体は電荷分散媒体中を自由に移動する。
The pair of electrodes are provided in the charge dispersion medium, and form an electric field in the charge dispersion medium by applying a voltage. The charge dispersing medium has at least one of a positively charged member and a negatively charged member dispersed therein, and the charged member freely moves in the charge dispersing medium.

【0030】そのような電荷分散媒体としては、例え
ば、マイナスに帯電した粒子やマイナスイオン等の負電
荷に帯電した帯電体を分散させたアニオン溶液や、プラ
スに帯電した粒子やプラスイオン等の正電荷に帯電した
帯電体を分散させたカチオン溶液、更には、負電荷に帯
電した帯電体と正電荷に帯電した帯電体との両方を含む
電解液などが挙げられる。
Examples of such a charge dispersing medium include an anion solution in which a negatively charged charged body such as negatively charged particles and negative ions is dispersed, and a positively charged particle and positive ions such as positive ions. Examples include a cation solution in which a charged body charged to a charge is dispersed, and an electrolytic solution containing both a charged body charged to a negative charge and a charged body charged to a positive charge.

【0031】また、1対の電極には、少なくとも一方に
電荷分散媒体中の帯電体を捕捉するための帯電体捕捉層
が設けられている。電荷分散媒体中の1対の電極に電圧
が印加されると電界が形成されるので、電荷分散媒体中
の帯電体は自身の電荷の逆の電荷の電極側に電位勾配に
逆らって引き寄せられる。
At least one of the pair of electrodes is provided with a charged body capturing layer for capturing a charged body in the charge dispersion medium. When a voltage is applied to the pair of electrodes in the charge dispersing medium, an electric field is formed, so that the charged body in the charge dispersing medium is attracted to the electrode side of the charge opposite to its own charge against the potential gradient.

【0032】帯電体捕捉層は、帯電体が引き寄せられる
電極側に設けられており、電極側に引き寄せられた帯電
体を内部に捕捉して帯電体捕捉層自身のコンダクタンス
を帯電体を捕捉した分だけ上昇させる。そのため、帯電
体の捕捉能力が帯電体を捕捉した分だけ帯電体を捕捉す
る前よりも高くなる。
The charged body capturing layer is provided on the electrode side to which the charged body is attracted. The charged body attracted to the electrode side is captured inside, and the conductance of the charged body capturing layer itself is determined by the amount of the captured charged body. Just raise. Therefore, the capability of capturing the charged body is higher than that before capturing the charged body by the amount of capturing the charged body.

【0033】また、逆の電圧が電極に印加されると帯電
体が他方の電極側に引き寄せられるため、帯電体捕捉層
は捕捉していた帯電体を電荷分散媒体中に戻す。そのた
め、充分な時間、逆の電圧を印加すると最終的には帯電
体捕捉層が捕捉していた全ての帯電体を帯電体分散媒体
中に戻し、帯電体を捕捉する前のコンダクタンスとな
る。これにより、帯電体捕捉層から帯電体分散媒体中に
戻された帯電体は、電荷分散媒体中を再び自由に移動で
きるようになる。
When a reverse voltage is applied to the electrode, the charged body is attracted to the other electrode side, so that the charged body capturing layer returns the captured charged body to the charge dispersion medium. Therefore, when a reverse voltage is applied for a sufficient time, all the charged bodies captured by the charged body capturing layer are finally returned to the charged body dispersion medium, and the conductance before the charged body is captured is obtained. As a result, the charged body returned from the charged body trapping layer into the charged body dispersion medium can freely move again in the charge dispersion medium.

【0034】例えば、電荷分散媒体がアニオンを分散す
るアニオン溶液である場合、帯電体捕捉層は、電圧の印
加により正電極に引き寄せられるアニオンを捕捉する。
これにより帯電体捕捉層自身のコンダクタンスが上がる
ので、アニオン捕捉前よりもアニオンの捕捉能力が上昇
したものとなる。逆に、電荷分散媒体がカチオンを分散
するカチオン溶液である場合も同様である。
For example, when the charge dispersion medium is an anion solution in which anions are dispersed, the charged body capturing layer captures anions attracted to the positive electrode by applying a voltage.
As a result, the conductance of the charged body trapping layer itself increases, so that the anion trapping ability is higher than before the anion trapping. Conversely, the same applies when the charge dispersion medium is a cation solution in which cations are dispersed.

【0035】このような帯電体捕捉層としては、電圧の
印加によりアニオンを捕捉して導電性を帯びる高分子
(以下、アニオン補足型導電性高分子と称す。)より構
成されたアニオン補足型導電性高分子膜、また電圧の印
加によりカチオンを捕捉して導電性を帯びる高分子(以
下、カチオン補足型導電性高分子と称す。)より構成さ
れたカチオン補足型導電性高分子膜、及び、電圧の印加
によりアニオンとカチオンとの両方を捕捉して導電性を
帯びる高分子(以下、両方補足型導電性高分子と称
す。)より構成された両方補足型導電性高分子膜などに
より構成することができる。
As such a charged body trapping layer, an anion-trapping type conductive polymer composed of a polymer that takes on an anion by applying a voltage and becomes conductive (hereinafter referred to as an anion-trapping type conductive polymer) is used. A conductive polymer film, a cation-capturing conductive polymer film composed of a polymer that captures cations by applying voltage and becomes conductive (hereinafter, referred to as a cation-capturing conductive polymer), and It is composed of a both-supplementary conductive polymer film composed of a polymer that captures both anions and cations by applying a voltage and has conductivity (hereinafter referred to as a both-supplementary conductive polymer). be able to.

【0036】電荷分散媒体中に分散する帯電体が、例え
ば、マイナスに帯電した粒子やアニオン等のように負電
荷に帯電していればアニオン補足型導電性高分子膜を帯
電体捕捉層として正電極側に設け、逆に、電荷分散媒体
中に分散する帯電体が、プラスに帯電した粒子やカチオ
ン等のように正電荷に帯電していれば、カチオン補足型
導電性高分子膜を帯電体補足層として負極側に設ける。
If the charged body dispersed in the charge dispersing medium is negatively charged, for example, negatively charged particles or anions, the anion-trapping type conductive polymer film is used as a positively charged body trapping layer. Provided on the electrode side, conversely, if the charged body dispersed in the charge dispersion medium is positively charged such as positively charged particles or cations, the cation-trapping type conductive polymer film is charged It is provided on the negative electrode side as a supplementary layer.

【0037】なお、電荷分散媒体が電解液などのように
負電荷に帯電した帯電体と正電荷に帯電した帯電体との
両方を含む媒体である場合は、1対の電極の一方に導電
性高分子膜(アニオン補足型、カチオン補足型、又は両
方補足型)を設けたり、1対の電極の一方に、アニオン
補足型導電性高分子膜をを設けると共に他方にカチオン
補足型導電性高分子膜を設けたり、1対の電極の両方に
両方補足型導電性高分子膜を設けて両極で帯電体を捕捉
するように構成することもできる。
When the charge dispersion medium is a medium containing both a negatively charged charged body and a positively charged charged body such as an electrolytic solution, a conductive material is applied to one of the pair of electrodes. A polymer membrane (anion-trapping type, cation-trapping type, or both-trapping type) is provided, or an anion-trapping type conductive polymer film is provided on one of a pair of electrodes and a cation-trapping type conductive polymer is formed on the other. It is also possible to provide a film, or to provide both complementary type conductive polymer films on both of the pair of electrodes so as to capture the charged body at both electrodes.

【0038】このような構成とすることによって、帯電
体捕捉層が捕捉した帯電体の量が多くなれば、その分、
帯電体の捕捉能力が上がるという生体内のシナプスでの
信号処理に類似した信号処理が行える信号処理ユニット
が得られる。さらに、帯電体捕捉層は、逆電圧の印加に
より捕捉した帯電体を電荷分散媒体中に戻す性質も持つ
ので、信号処理ユニットに与える電圧の印加を切り替え
ることにより可逆的に帯電体の捕捉が行え、この点でも
生体内のシナプスでの信号処理に類似した信号処理が行
えるものとなる。
With such a configuration, if the amount of the charged body captured by the charged body capturing layer increases, the more
A signal processing unit capable of performing signal processing similar to signal processing at a synapse in a living body in which the ability to capture a charged body is increased is obtained. Furthermore, the charged body capturing layer also has the property of returning the charged body captured by applying a reverse voltage to the charge dispersion medium, so that the charged body can be reversibly captured by switching the voltage applied to the signal processing unit. Also in this respect, signal processing similar to signal processing at synapses in a living body can be performed.

【0039】このように、請求項1では、帯電体自身が
他の帯電体を引き寄せる要因となるという帯電体の自己
触媒的な作用と、帯電体の電荷分散媒体中での移動(す
なわち、拡散輸送)と、帯電体捕捉層による可逆的な帯
電体の捕捉作用とによって、生体内のシナプスでの信号
処理に類似した信号処理を行う信号処理ユニットを形成
することができる。
As described above, in the first aspect, the self-catalytic action of the charged body, which causes the charged body itself to attract another charged body, and the movement (ie, diffusion) of the charged body in the charge dispersion medium. (Transport) and the reversible charged body capturing action of the charged body capturing layer can form a signal processing unit that performs signal processing similar to signal processing at a synapse in a living body.

【0040】また、請求項1に記載した構成の信号処理
ユニットは、生体内のシナプスで起こると考えられるW
TA競合過程を実現する信号処理回路の単位として利用
できるものである。
The signal processing unit having the structure described in claim 1 is a signal processing unit which is considered to occur at a synapse in a living body.
It can be used as a unit of a signal processing circuit that realizes a TA competition process.

【0041】以下にその理由を述べる。信号処理ユニッ
トの帯電体捕捉層に印加される電圧をV1、電荷分散媒
体に印加される電圧をV2とし、帯電体捕捉層のコンダ
クタンスをG1、電解質溶液のコンダクタンスをG2とす
る。信号処理ユニット全体に印加される電圧は、V1
2に配分されるので、V1:V2=1/G1:1/G2が成
り立つ。
The reason will be described below. The voltage applied to the charged body capturing layer of the signal processing unit is V 1 , the voltage applied to the charge dispersion medium is V 2 , the conductance of the charged body capturing layer is G 1 , and the conductance of the electrolyte solution is G 2 . Since the voltage applied to the entire signal processing unit is distributed to V 1 and V 2 , V 1 : V 2 = 1 / G 1 : 1 / G 2 holds.

【0042】電荷分散媒体中の電荷の量を帯電体捕捉層
が捕捉可能な量よりもかなり過剰な量とすると、電解質
溶液のコンダクタンスG2は常に一定、すなわち、G2
Const.である。V1:V2=1/G1:1/G2によ
りユニット全体に印加される電圧が一定であっても逆に
一定でなくとも、帯電体捕捉層に対して印加される電圧
の印加時間が長くなれば帯電体捕捉層はその分多くの帯
電体を捕捉するのでコンダクタンスG1は上昇し、電荷
分散媒体に印加される電圧V2は大きくなる。すなわ
ち、帯電体捕捉能力の増大率は電荷分散媒体に印加され
る電圧V2に比例するといえる。従って、帯電体の捕捉
は自己触媒的に発生することがわかる。
Assuming that the amount of charge in the charge dispersing medium is much larger than the amount that can be captured by the charged body capturing layer, the conductance G 2 of the electrolyte solution is always constant, that is, G 2 =
Const. It is. V 1 : V 2 = 1 / G 1 : 1 / G 2 , regardless of whether the voltage applied to the entire unit is constant or not, the application time of the voltage applied to the charged body capturing layer since the charging member capturing layer the longer captures correspondingly many charged body conductance G 1 rises, the voltage V 2 applied to the charge dispersion medium is increased. That is, it can be said that the rate of increase in the charged body capturing ability is proportional to the voltage V 2 applied to the charge dispersion medium. Therefore, it is understood that the capture of the charged body occurs autocatalytically.

【0043】以上の理由から、請求項1に記載した信号
処理ユニットの構成は、WTA過程実現のための基本要
素である自己触媒性を導くため、WTA競合過程を実現
する信号処理回路の単位として利用できる。
For the above reasons, the configuration of the signal processing unit according to the first aspect of the present invention is used as a unit of a signal processing circuit for realizing a WTA competition process in order to introduce self-catalytic property which is a basic element for realizing the WTA process. Available.

【0044】請求項2の発明の信号処理回路では、前記
請求項1に記載の信号処理ユニットを、同一の電荷分散
媒体中に複数設け、外部から入力された情報に基づいて
各信号処理ユニット毎に決定した大きさの電圧を、帯電
体捕捉層が帯電体を捕捉する方向に印加する第1の電源
と、前記複数の信号処理ユニットの全てに対して予め定
めた一定の大きさの電圧を、帯電体が前記帯電体捕捉層
から前記電荷分散媒体中に戻される方向に印加する第2
の電源と、前記第1の電源による電圧の印加によって最
も多く帯電体を捕捉した帯電体捕捉層内の帯電体のうち
の少なくとも1部が帯電体捕捉層内に残るように、前記
第1の電源と前記第2の電源とを予め定めた時間毎に切
り替えるスイッチ機構と、を備えている。
In a signal processing circuit according to a second aspect of the present invention, a plurality of the signal processing units according to the first aspect are provided in the same charge dispersion medium, and each of the signal processing units is provided based on information input from the outside. A first power supply for applying a voltage of the determined magnitude to the direction in which the charged body capturing layer captures the charged body, and a voltage of a predetermined constant magnitude for all of the plurality of signal processing units. A second application is performed in a direction in which the charged body is returned from the charged body capturing layer into the charge dispersion medium.
And the first power supply so that at least a part of the charged bodies in the charged body capturing layer that has captured the most charged bodies by applying the voltage from the first power supply remains in the charged body capturing layer. A switch mechanism for switching between a power supply and the second power supply at predetermined time intervals.

【0045】第1の電源は、帯電体捕捉層が設けられた
電極に各信号処理ユニット毎に決定した大きさの電圧を
帯電体捕捉層が帯電体を捕捉する方向に印加する。この
第1の電源により印加される電圧を入力電圧とすると、
第1の電源により各信号処理ユニットに異なる大きさの
入力電圧が印加されるので、各電極に設けられた帯電体
捕捉層の帯電体の捕捉能力も電圧値の大きい順に高いも
のとなる。
The first power source applies a voltage of a magnitude determined for each signal processing unit to the electrode provided with the charged body capturing layer in a direction in which the charged body capturing layer captures the charged body. Assuming that the voltage applied by the first power supply is an input voltage,
Since different input voltages are applied to the respective signal processing units by the first power supply, the ability of the charged body capturing layer provided on each electrode to capture the charged bodies also increases in the descending order of the voltage value.

【0046】また、第2の電源は、第1の電源とは逆の
方向の一定電圧を各信号処理ユニット毎に印加する。こ
れにより、各ユニットに設けられた帯電体捕捉層から帯
電体が電荷分散媒体に一部戻されることとなる。
The second power supply applies a constant voltage in a direction opposite to that of the first power supply to each signal processing unit. As a result, the charged body is partially returned to the charge dispersion medium from the charged body trapping layer provided in each unit.

【0047】スイッチ機構は、上記の2種類の電源を予
め定めた時間毎に切り替えるものであり、少なくとも第
2の電源の印加によって各帯電体捕捉層から帯電体が電
荷分散媒体に戻されるときに、最も多く帯電体を捕捉し
た帯電体捕捉層内の全ての帯電体が帯電体捕捉層から放
出されない程度に、言いかえると、最も多く帯電体を捕
捉した帯電体捕捉層内の帯電体のうちの少なくとも1部
が帯電体捕捉層内に残るように、第1の電源と第2の電
源とを切り替える。
The switch mechanism switches the above-mentioned two types of power sources at predetermined time intervals. At least when a charged body is returned from each charged body capturing layer to the charge dispersion medium by application of the second power supply, To the extent that not all charged bodies in the charged body capturing layer that captured the most charged bodies are released from the charged body capturing layer, in other words, of the charged bodies in the charged body capturing layer that captured the most charged bodies Is switched between the first power supply and the second power supply so that at least a part of the first power supply remains in the charged body capturing layer.

【0048】このような構成の信号処理回路を動作させ
た場合、初期の段階では、帯電体捕捉層は第1の電源に
より印加された入力電圧の大きさに準じた強さで電荷分
散媒体中の帯電体を捕捉するので、印加された電圧の大
きさに応じた量の帯電体が各信号処理ユニットの帯電体
捕捉層に捕捉されることとなる。
When the signal processing circuit having such a configuration is operated, in the initial stage, the charged body trapping layer is applied to the charge dispersing medium with a strength corresponding to the magnitude of the input voltage applied by the first power supply. , The amount of the charged body corresponding to the magnitude of the applied voltage is captured by the charged body capturing layer of each signal processing unit.

【0049】予め定めた時間経過後、スイッチ機構によ
り電源が第2の電源に切り替えられると、各信号処理ユ
ニットには予め定めた時間一定の逆電圧が印加される。
これにより、各信号処理ユニットの帯電体捕捉層に捕捉
された帯電体が各信号処理ユニットの帯電体捕捉層から
同じ量だけ帯電体が電荷分散媒体に戻される。このと
き、好ましくは、第1の電源によって大きな入力電圧が
印加された信号処理ユニットには帯電体が帯電体捕捉層
に残留するが、小さな入力電圧が印加された信号処理ユ
ニットには帯電体捕捉層内の帯電体が全て電荷分散媒体
に戻るように逆電圧の大きさと時間とを調整する。
When the power supply is switched to the second power supply by the switch mechanism after the lapse of a predetermined time, a constant reverse voltage is applied to each signal processing unit for a predetermined time.
As a result, the same amount of the charged body captured by the charged body capturing layer of each signal processing unit is returned to the charge dispersion medium from the charged body capturing layer of each signal processing unit. At this time, preferably, the charged body remains in the charged body capturing layer in the signal processing unit to which a large input voltage is applied by the first power source, but the charged body is captured in the signal processing unit to which a small input voltage is applied. The magnitude and time of the reverse voltage are adjusted so that all the charged bodies in the layer return to the charge dispersion medium.

【0050】再びスイッチ機構により電源が第1の電源
に切り替えられると、各信号処理ユニットの帯電体捕捉
層のうち、帯電体が内部に残留する帯電体捕捉層は初期
の段階よりもコンダクタンスが高くなっているため、帯
電体を捕捉する能力が初期の段階より強く、初期の段階
より多くの帯電体を捕捉する。
When the power supply is again switched to the first power supply by the switch mechanism, of the charged body capturing layers of each signal processing unit, the charged body capturing layer in which the charged body remains inside has higher conductance than the initial stage. Therefore, the ability to capture a charged body is stronger than in the initial stage, and captures more charged bodies than in the initial stage.

【0051】すなわち、入力電圧が高い信号処理ユニッ
トは、スイッチ機構による電源の切り替えを行えば行う
ほど帯電体捕捉層中に残留する帯電体が増加して、帯電
体の捕捉能力が強くなるが、入力電圧が低い信号処理ユ
ニットは帯電体捕捉層中に残留する帯電体がないため帯
電体の捕捉能力は変わらない。
That is, in the signal processing unit having a high input voltage, the more the switching of the power supply by the switch mechanism, the more the charged body remaining in the charged body capturing layer and the stronger the capturing ability of the charged body. Since the signal processing unit having a low input voltage has no charged body remaining in the charged body capturing layer, the ability of capturing the charged body does not change.

【0052】また、スイッチ機構による電源の切り替え
を行えば行うほど入力電圧が高い信号処理ユニットに帯
電体が捕捉されるので電荷分散媒体中の帯電体の濃度は
徐々に低くなる。そのため、第2の電源による電圧の印
加時に、低い入力電圧が印加される信号処理ユニットが
電荷分散媒体中に戻した帯電体も拡散によって全体に分
散するため、徐々に入力電圧が高い信号処理ユニットに
捕捉されていき、最終的には、すべての帯電体が入力電
圧の最も大きい信号処理ユニットに捕捉されることとな
る。
Further, the more the power supply is switched by the switch mechanism, the more the charged body is captured by the signal processing unit having a higher input voltage, so that the concentration of the charged body in the charge dispersion medium gradually decreases. Therefore, when the voltage is applied by the second power supply, the charged body returned to the charge dispersion medium by the signal processing unit to which the low input voltage is applied is also dispersed by diffusion, so that the signal processing unit having the gradually increased input voltage , And eventually all the charged bodies are captured by the signal processing unit having the largest input voltage.

【0053】このように、スイッチ機構により第1の電
源と第2の電源との切り替えを行うことにより、帯電体
分散媒体中を移動する帯電体を、見かけ上各信号処理ユ
ニットに設けられた帯電体捕捉層同士が競合して奪い合
い、最終的に第1の電源によって一番強い電圧が印加さ
れた信号処理ユニットが全ての帯電体を捕捉するという
WTA的な動作を電気化学的に実現することができる。
As described above, by switching between the first power supply and the second power supply by the switch mechanism, the charged body moving in the charged body dispersion medium apparently charges the charged body provided in each signal processing unit. Electrochemically achieving a WTA-like operation in which the body-trapping layers compete with each other and compete for each other, and finally the signal processing unit to which the strongest voltage is applied by the first power supply captures all charged bodies. Can be.

【0054】[0054]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をにつ
いて、図1〜図4を参照して説明する。図1は、本発明
の信号処理回路を装置化した信号処理装置の概略を示す
説明図である。この信号処理装置は、図2に示すような
信号処理ユニット10を1単位として複数の信号処理ユ
ニット10を同じ電荷分散媒体を使用して1つの装置と
して構成したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a signal processing device in which the signal processing circuit of the present invention is implemented. In this signal processing device, a plurality of signal processing units 10 are configured as one device using the same charge dispersion medium, with the signal processing unit 10 as one unit as shown in FIG.

【0055】なお、本実施の形態の信号処理装置は、複
数の信号処理ユニット10のそれぞれに設けられる電源
部12を1つの電源装置20として構成している。ま
た、帯電体としてアニオンを分散したアニオン溶液14
を電荷分散媒体として使用する。このアニオン溶液14
は、有機溶媒であるCH3CN中に電解質である(C2
54NClO4を分散させ、アニオンとしてClO4 -
オンを生成させたものである。
Note that the signal processing apparatus of the present embodiment
Power supply provided for each of the number of signal processing units 10
The unit 12 is configured as one power supply device 20. Ma
Anion solution 14 in which anions are dispersed as a charged body;
Is used as a charge dispersion medium. This anion solution 14
Is CH, an organic solventThreeElectrolyte in CN (CTwoH
Five)FourNCLOFourAnd ClO as an anionFour -I
ON is generated.

【0056】図2に示した信号処理ユニット10は、帯
電体捕捉層として導電性高分子膜の一種であるポリピロ
ール層16を表面に形成した第1の電極18aとポリピ
ロール層16を表面に形成していない第2の電極18b
とからなる1対の電極と、この1対の電極に電圧を印加
する電源部12とから構成されている。なお、この信号
処理ユニット10においては、第1の電極18aのポリ
ピロール層16が生物の神経系におけるシナプスに相当
し、アニオン溶液14中のClO4 -イオンが前述したシ
ナプス間のWTA的競合を実現するための第1の酵素に
相当する。
The signal processing unit 10 shown in FIG. 2 has a first electrode 18a having a polypyrrole layer 16 which is a kind of conductive polymer film formed on the surface thereof as a charged body capturing layer, and a polypyrrole layer 16 formed on the surface. Not the second electrode 18b
And a power supply unit 12 for applying a voltage to the pair of electrodes. In this signal processing unit 10, the polypyrrole layer 16 of the first electrode 18a corresponds to a synapse in the biological nervous system, and the ClO 4 ions in the anion solution 14 realize the WTA-like competition between synapses as described above. To the first enzyme to perform.

【0057】1対の電極18a、18bの間にはアニオ
ン溶液14が充填されており、電源部12は、第1の電
極18aが正極となるように電圧を印加する第1の電源
15aと、逆に、第1の電極18aが負極となるように
逆電圧を印加する第2の電源15bと、第1の電源15
aと第2の電源15bとの接続を切り替えるスイッチ機
構17とから構成されている。
The anion solution 14 is filled between the pair of electrodes 18a and 18b, and the power supply unit 12 includes: a first power supply 15a for applying a voltage so that the first electrode 18a has a positive polarity; Conversely, a second power supply 15b for applying a reverse voltage so that the first electrode 18a becomes a negative electrode, and a first power supply 15
a and a switch mechanism 17 for switching the connection between the second power supply 15a and the second power supply 15b.

【0058】スイッチ機構17は、図1に示した電圧制
御部22により予め定めた時間経過毎に第1の電源15
aと第2の電源15bとの接続を切り替えるものであ
り、本実施の形態では、50Hzの周期(即ち、0.0
1秒毎)に第1の電源15aと第2の電源15bとの接
続を切り替えるものとする。
The switch mechanism 17 switches the first power supply 15 every time a predetermined time elapses by the voltage control unit 22 shown in FIG.
a and switches the connection between the second power supply 15b and the second power supply 15b. In the present embodiment, the period is 50 Hz (that is, 0.0 Hz).
The connection between the first power supply 15a and the second power supply 15b is switched every second).

【0059】このような構成の信号処理ユニット10に
おいて、1対の電極に第1の電源15aが接続されてい
るときは、第1の電極18aは正極となるため、アニオ
ン溶液14中のClO4 -イオンは、第1の電極18aに
向かって移動する。第1の電極18a側には電界が形成
されているので、第1の電極18aに向かって移動した
ClO4 -イオンはポリピロール層16の内部に入り込
み、捕捉される(すなわち、ドープされる)こととな
る。このClO4 -イオンのドープにより、ポリピロール
層16のコンダクタンスも上昇してClO4 -イオンの捕
捉能力が更に向上する。
[0059] In the signal processing unit 10 having such a configuration, when the first power source 15a to a pair of electrodes are connected, since the first electrode 18a becomes positive, ClO 4 in anion solution 14 - ions move toward the first electrode 18a. Since an electric field is formed on the first electrode 18a side, ClO 4 ions that have moved toward the first electrode 18a enter the polypyrrole layer 16 and are trapped (that is, doped). Becomes The ClO 4 - by doping ion conductance of polypyrrole layer 16 also increases ClO 4 - is ability to capture ions further improved.

【0060】また、1対の電極に第2の電源15bが接
続されているときは、第2の電極18bが正極となるた
め、アニオン溶液14中のClO4 -イオンは、第2の電
極18bに向かって移動する。第1の電極18a側でポ
リピロール層16内にドープされたClO4 -イオンは、
徐々にポリピロール層16から離れ、アニオン溶液14
中に分散していく。なお、この実施の形態では、第2の
電極18bには、ポリピロール層等のClO4 -イオンを
捕捉する層はないため、第2の電極18b側のコンダク
タンスは変化しない。
When the second power supply 15b is connected to the pair of electrodes, the second electrode 18b serves as a positive electrode, so that ClO 4 - ions in the anion solution 14 Move towards. The ClO 4 ions doped into the polypyrrole layer 16 on the first electrode 18a side are
The anion solution 14 is gradually separated from the polypyrrole layer 16.
Disperse inside. In this embodiment, since the second electrode 18b does not include a layer such as a polypyrrole layer that captures ClO 4 ions, the conductance of the second electrode 18b does not change.

【0061】したがって、第2の電源15bが接続され
ているときは、ClO4 -イオンをポリピロール層16内
に取り込んで上昇したポリピロール層16のコンダクタ
ンスが徐々に下がっていき、ある程度を越えるとポリピ
ロール層16内のClO4 -イオンが全てアニオン溶液1
4中に戻されるので、ポリピロール層16のコンダクタ
ンスは自身の持つコンダクタンスに戻ることとなる。
Therefore, when the second power supply 15b is connected, the conductance of the polypyrrole layer 16 which is increased by taking in ClO 4 - ions into the polypyrrole layer 16 gradually decreases. All ClO 4 - ions in 16 are anion solutions 1
4, the conductance of the polypyrrole layer 16 returns to its own conductance.

【0062】本実施の形態の信号処理装置は、上記のよ
うに作動する複数の信号処理ユニット10と電圧制御部
22とを備えている。電圧制御部22は、例えば、画像
データなどのようにある規則にしたがって重み付けされ
た複数の入力データや不規則に重み付けされた複数の入
力データ等のように、異なる重みを持つ複数の入力デー
タに対して、それぞれの重みに対応する大きさの電圧値
に変換し、信号処理ユニット10の電源装置20に出力
する。
The signal processing device of the present embodiment includes a plurality of signal processing units 10 operating as described above and a voltage control unit 22. For example, the voltage control unit 22 outputs a plurality of input data having different weights, such as a plurality of input data weighted according to a certain rule such as image data and a plurality of input data weighted irregularly. On the other hand, the signal is converted into a voltage value having a magnitude corresponding to each weight and output to the power supply device 20 of the signal processing unit 10.

【0063】本実施の形態の電源装置20は、各信号処
理ユニット10毎に対応して設けられ、かつ、各信号処
理ユニット10の第1の電極18aが正極となるように
各信号処理ユニット10に対応した大きさの電圧を印加
する複数の第1の電源15a(図2参照)から構成され
た第1電源部(図示せず)、各信号処理ユニット10の
第2の電極18bが正極となるように全ての各信号処理
ユニット10に一様な逆電圧を印加する第2電源部(図
示せず)、及び、第1電源部と第2電源部とを50Hz
の周期で切り替える、すなわち、0.01秒毎に切り替
えるスイッチ機構17(図2参照)から構成されてい
る。
The power supply device 20 according to the present embodiment is provided for each signal processing unit 10, and each signal processing unit 10 is arranged such that the first electrode 18 a of each signal processing unit 10 has a positive polarity. A first power supply unit (not shown) composed of a plurality of first power supplies 15a (see FIG. 2) for applying a voltage corresponding to the first and second power supplies 15a (see FIG. 2). A second power supply unit (not shown) for applying a uniform reverse voltage to all the signal processing units 10 so that the first power supply unit and the second power supply unit have a frequency of 50 Hz.
, Ie, a switch mechanism 17 (see FIG. 2) that switches every 0.01 seconds.

【0064】このような構成の信号処理装置では、画像
データなどの異なる大きさの複数のデータを含むデータ
が入力されると、電圧制御部22において各データ毎に
対応する大きさの電圧値に変換され、電源装置20に出
力される。
In the signal processing device having such a configuration, when data including a plurality of data of different sizes, such as image data, is input, the voltage control unit 22 reduces the voltage value to a voltage value corresponding to each data. It is converted and output to the power supply device 20.

【0065】電源装置20では、入力された複数の電圧
値を第1電源部を構成する複数の第1の電源15aの各
々の出力電圧に対応させる。電源装置20内のスイッチ
機構17により、第1電源部に接続が切り替えられたと
きは、電源装置20は各信号処理ユニット10毎に設け
られた第1の電源15aにより各信号処理ユニット10
の第1の電極18aのそれぞれに対し、入力されたデー
タに基いて個別に決定された大きさの電圧を印加し、第
2電源部に接続が切り替えられたときは、電源装置20
は各信号処理ユニット10に一様な大きさの逆電圧を印
加する。
In the power supply device 20, the plurality of input voltage values correspond to the respective output voltages of the plurality of first power supplies 15a constituting the first power supply section. When the connection to the first power supply unit is switched by the switch mechanism 17 in the power supply unit 20, the power supply unit 20 is turned on by the first power supply 15a provided for each signal processing unit 10.
To each of the first electrodes 18a, a voltage of a magnitude individually determined based on input data is applied. When the connection is switched to the second power supply unit, the power supply device 20
Applies a uniform reverse voltage to each signal processing unit 10.

【0066】スイッチ機構17は、複数回、第1電源部
と第2電源部とを切り替え電圧が印加される向きを変更
するが、初めて第1電源部に切り替えたときは、各第1
の電極18aのコンダクタンスはすべて同じであるの
で、各第1の電極18aには、印加された電圧の大きさ
に対応する強さの電界が形成され、これにより、各第1
の電極18aのポリピロール層16内には、入力データ
の重みに対応した量のClO4 -イオンがドープされるこ
ととなる。
The switch mechanism 17 switches between the first power supply unit and the second power supply unit a plurality of times to change the direction in which the voltage is applied.
Since the conductance of all the electrodes 18a is the same, an electric field having a strength corresponding to the magnitude of the applied voltage is formed on each first electrode 18a.
In the polypyrrole layer 16 of the electrode 18a, ClO 4 ions are doped in an amount corresponding to the weight of the input data.

【0067】スイッチ機構17により、第2電源部に接
続が切り替えられて逆電圧が印加されたときには、各第
1の電極18aのポリピロール層16内のClO4 -イオ
ンは、徐々にポリピロール層16から離脱してする。
When the connection is switched to the second power supply section by the switch mechanism 17 and a reverse voltage is applied, the ClO 4 - ions in the polypyrrole layer 16 of each first electrode 18a are gradually removed from the polypyrrole layer 16. I will leave.

【0068】このとき、第2電源部により印加される逆
電圧の大きさは、少なくとも第1電源部により最も大き
な電圧が印加された第1の電極18aのポリピロール層
16内のClO4 -イオンが残留する大きさとする。
At this time, the magnitude of the reverse voltage applied by the second power supply unit is such that ClO 4 ions in the polypyrrole layer 16 of the first electrode 18a to which at least the highest voltage is applied by the first power supply unit are reduced. The remaining size.

【0069】スイッチ機構17により再び接続が第1電
源部となるように切り替えられると、各信号処理ユニッ
ト10のポリピロール層16のうち、ClO4 -イオンが
内部に残留するポリピロール層16は初期の段階よりも
コンダクタンスが高くなっているため、ClO4 -イオン
を捕捉する能力が初期の段階より強く、従って、初期の
段階より多くのClO4 -イオンをドープする。
When the connection is switched again to the first power supply unit by the switch mechanism 17, the polypyrrole layer 16 in which the ClO 4 - ions remain inside of the polypyrrole layer 16 of each signal processing unit 10 is in the initial stage. Because of the higher conductance, the ability to capture ClO 4 - ions is stronger than in the earlier stages, thus doping more ClO 4 - ions than in the earlier stages.

【0070】すなわち、入力電圧が高い信号処理ユニッ
ト10は、スイッチ機構17による電源の切り替えを行
えば行うほどポリピロール層16中に残留するClO4 -
イオン量が増加して、ClO4 -イオンの捕捉能力が強く
なる。
That is, in the signal processing unit 10 having a high input voltage, the more the power supply is switched by the switch mechanism 17, the more ClO 4 remaining in the polypyrrole layer 16.
As the amount of ions increases, the ability to capture ClO 4 - ions increases.

【0071】また、スイッチ機構17による電源の切り
替えを行えば行うほど入力電圧が高い信号処理ユニット
10にClO4 -イオンが捕捉されるのでアニオン溶液1
4中のClO4 -イオンの濃度は徐々に低くなる。そのた
め、第2電源部に接続が切り替えられた時に、低い入力
電圧が印加される信号処理ユニット10がアニオン溶液
14中に戻したClO4 -イオンも、徐々に入力電圧が高
い信号処理ユニット10に捕捉されていき、最終的に
は、第1電源部によって最も大きい電圧が入力される信
号処理ユニット10にすべてのClO4 -イオンが捕捉さ
れることとなる。
[0071] Further, ClO to higher input voltages the signal processing unit 10 performs be performed switching of power by the switch mechanism 17 4 - anion solution 1 because the ions are trapped
The concentration of ClO 4 - ions in 4 gradually decreases. Therefore, when the connection is switched to the second power supply unit, the ClO 4 ions returned to the anion solution 14 by the signal processing unit 10 to which a low input voltage is applied are also gradually transferred to the signal processing unit 10 having a high input voltage. All the ClO 4 ions are finally captured by the signal processing unit 10 to which the highest voltage is input by the first power supply unit.

【0072】このように、スイッチ機構17による第1
電源部と第2電源部との切り替えにより、見かけ上、各
信号処理ユニット10に設けられたポリピロール層16
同士がアニオン溶液14中を移動するClO4 -イオンを
競合して奪い合い、最終的に第1電源部によって一番強
い電圧が印加された信号処理ユニット10が全てのCl
4 -イオンを捕捉するというWTA的な動作を電気化学
的に実現している。
As described above, the first mechanism by the switch mechanism 17
By switching between the power supply unit and the second power supply unit, apparently, the polypyrrole layer 16 provided in each signal processing unit 10 is provided.
Mutually compete for ClO 4 ions moving in the anion solution 14 and compete for each other. Eventually, the signal processing unit 10 to which the strongest voltage is applied by the first power supply unit causes all the Cl
A WTA-like operation of capturing O 4 - ions is electrochemically realized.

【0073】ここで、上述の構成の信号処理装置の作動
についてコンピュータシミュレーションにより解析した
結果について以下に説明する。
Here, the result of analyzing the operation of the signal processing device having the above configuration by computer simulation will be described below.

【0074】まず、本実施の形態の信号処理装置の数学
的モデルを構築するために、図1の信号処理装置におい
て帯電体捕捉層として使用するポリピロール層のアニオ
ンの捕捉率とポリピロール層のコンダクタンスとの関係
とについて考慮した。
First, in order to construct a mathematical model of the signal processing device of the present embodiment, the anion trapping rate of the polypyrrole layer used as the charged layer trapping layer and the conductance of the polypyrrole layer used in the signal processing device of FIG. The relationship was considered.

【0075】ポリピロール層のアニオンの捕捉率とポリ
ピロール層のコンダクタンスとの関係は図3に示すよう
になっているが、これはB.J.Feldman,P.Burgmayer,an
d R.W.Murray,J.Am.Chem.Soc.1985,107,P872‐878
に記載されたものである。なお、図3において、縦軸
は、ポリピロール層のコンダクタンスG(S/m)であ
り、横軸はポリピロール層における高分子1個当たりの
アニオン捕捉率Xである。
FIG. 3 shows the relationship between the anion trapping rate of the polypyrrole layer and the conductance of the polypyrrole layer, which is shown by BJ Feldman, P. Burgmayer, ann.
d RWMurray, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107 , P872-878
Are described. In FIG. 3, the vertical axis is the conductance G (S / m) of the polypyrrole layer, and the horizontal axis is the anion trapping rate X per polymer in the polypyrrole layer.

【0076】図3に示すように、ポリピロール層のコン
ダクタンスGとアニオン捕捉率Xとの関係は、低捕捉率
域(X=0〜0.16程度)では、ほぼ比例関係である
と言える。このポリピロール層16のアニオン捕捉率X
は電気的な作用に基いたものであるため、上述のような
比例関係はポリピロールのみならず、一般的な導電性高
分子材料にも適用できる。
As shown in FIG. 3, it can be said that the relationship between the conductance G of the polypyrrole layer and the anion trapping rate X is almost proportional in the low trapping rate region (X = 0 to about 0.16). Anion trapping rate X of this polypyrrole layer 16
Is based on the electric action, so the above proportional relationship can be applied not only to polypyrrole but also to general conductive polymer materials.

【0077】従って、導電性高分子膜のコンダクタンス
1とアニオン捕捉率Xとの関係は以下の(1)の式で
表すことができる。
Therefore, the relationship between the conductance G 1 of the conductive polymer film and the anion trapping rate X can be expressed by the following equation (1).

【0078】G1 = kX…(1) 図3からkの値は、k=93(s/m)と算出した。G 1 = kX (1) From FIG. 3, the value of k was calculated as k = 93 (s / m).

【0079】アニオンの捕捉率Xは、導電性高分子膜を
構成する高分子の1単位に吸着したアニオンの数を表す
ものであるから、A1を導電性高分子膜の体積としたと
き、アニオン捕捉率Xは以下の(2)の式の様に表すこ
とができる。
Since the anion trapping rate X represents the number of anions adsorbed to one unit of the polymer constituting the conductive polymer film, when A 1 is the volume of the conductive polymer film, The anion trapping rate X can be represented by the following equation (2).

【0080】[0080]

【数1】 (Equation 1)

【0081】但し、Q1は導電性高分子膜に捕捉された
アニオンの単位体積当たりの電荷量、nはアニオンの価
数、eは電気素量、ωは導電性高分子膜の質量、NA
アボガドロ数、Mは分子量である。(1)の式及び
(2)の式から、導電性高分子膜のコンダクタンスG1
は、(3)の式の様に表すことができる。
Here, Q 1 is the charge per unit volume of the anion trapped in the conductive polymer film, n is the valence of the anion, e is the elementary charge, ω is the mass of the conductive polymer film, A is Avogadro's number and M is molecular weight. From the equations (1) and (2), the conductance G 1 of the conductive polymer film is obtained.
Can be expressed as in equation (3).

【0082】[0082]

【数2】 (Equation 2)

【0083】(kA1・M/neωNA)は定数であるの
で、(kA1・M/neωNA)=k1とすると、上記
(3)の式は以下の(3)’の式ように表すことができ
る。
Since (kA 1 · M / neωN A ) is a constant, if (kA 1 · M / neωN A ) = k 1 , the above equation (3) becomes the following equation (3) ′. Can be represented.

【0084】G1 = k1・Q1…(3)’ ここで、アニオン溶液14中の電解質の量は高分子に比
べ過剰に存在するものとすると、電解質溶液のコンダク
タンスG2は常に一定であるといえる。また、第1の電
源15aのコンダクタンスをG(+)、第1の電源15a
が供給する電圧をV(+)とすると、スイッチ機構17に
より第1電源部に切り替えられたときに、各信号処理ユ
ニット10に対応して設けられた第1の電源15aによ
って、各信号処理ユニット10の第1の電極の導電性高
分子膜に印加される電圧V1は以下の(4)の式のよう
に表すことができ、また、アニオン溶液14に印加され
る電圧V2は以下の(5)の式のように表すことができ
る。
G 1 = k 1 · Q 1 (3) ′ Here, assuming that the amount of the electrolyte in the anion solution 14 is excessive compared to that of the polymer, the conductance G 2 of the electrolyte solution is always constant. It can be said that there is. The conductance of the first power supply 15a is represented by G (+) , and the first power supply 15a
When but the voltage supplied to the V (+), when it is switched to the first power supply unit by the switch mechanism 17, the first power source 15a provided corresponding to each signal processing unit 10, the signal processing unit The voltage V 1 applied to the conductive polymer film of the first electrode of No. 10 can be represented by the following equation (4), and the voltage V 2 applied to the anion solution 14 is It can be expressed as the equation (5).

【0085】 V1 =G(+)2(+)/((G(+)+G2)G1+G(+)2 )…(4) V2 =G(+)1(+)/((G(+)+G2)G1+G(+)2 )…(5) また、隣り合うユニットの隣接面の面積をS、アニオン
溶液14中におけるアニオンの速度をV3、アニオン溶
液14内のアニオンの単位体積当たりの電荷量をQ2
したとき、A1ΔQ1 = V3ΔtSQ2 であることから、
スイッチ機構17により、第1電源部に切り替えられて
いるときに、微小時間Δtの間に導電性高分子膜に捕捉
されるアニオンの電荷量ΔQ1は、以下の(6)の式の
ように表すことができる。
V 1 = G (+) G 2 V (+) / ((G (+) + G 2 ) G 1 + G (+) G 2 ) (4) V 2 = G (+) G 1 V (+) / ((G (+) + G 2) G 1 + G (+) G 2) also ... (5), the area of the adjacent surfaces of adjacent units S, the anion in the anion solution 14 speed since the V 3, when the charge amount per unit volume of the anion in the anion solution 14 was Q 2, is a 1 ΔQ 1 = V 3 ΔtSQ 2,
When being switched to the first power supply unit by the switch mechanism 17, the charge amount ΔQ 1 of the anion trapped in the conductive polymer film during the short time Δt is expressed by the following equation (6). Can be represented.

【0086】ΔQ1/Δt = (V3SQ2)/A1…(6) また、アニオンの溶液中における速度をV3は、アニオ
ン溶液14中におけるアニオンの移動度をμ2、第1電
源部に切り替えられたときの電界の強さをE2としたと
き、V3=μ22であり、E2はアニオン溶液14の厚さ
をI2とするとE2=V2/I2であり、また、導電性高分
子膜の厚さをI1とするとA1=SI1であることから上
述した(6)の式は以下の(7)の式のように表すこと
ができる。
ΔQ 1 / Δt = (V 3 SQ 2 ) / A 1 (6) The velocity of the anion in the solution is V 3 , the mobility of the anion in the anion solution 14 is μ 2 , the first power supply when the electric field strength when switched to part and E 2, V 3 = a μ 2 E 2, E 2 is E 2 = V 2 / I 2 when the thickness of the anion solution 14 and I 2 In addition, when the thickness of the conductive polymer film is I 1 , A 1 = SI 1 , so that the above equation (6) can be expressed as the following equation (7).

【0087】 (7)の式に(3)の式及び(5)の式を代入すると、
以下の(8)の式のようになる。
[0087] By substituting the equations (3) and (5) into the equation (7),
The following equation (8) is obtained.

【0088】[0088]

【数3】 (Equation 3)

【0089】一方、スイッチ機構17により、第2電源
部に切り替えられたときに、微小時間Δtの間に放出さ
れる導電性高分子膜内のアニオンの電荷量ΔQ3につい
て、第2電源部のコンダクタンスをG(-)、第2電源部
が供給する電圧をV(-)、導電性高分子膜中におけるア
ニオンの移動度をμ1とし、上記と同様の方法で計算す
ることにより、以下の(9)の式が得られる。
On the other hand, when the switch mechanism 17 switches to the second power supply unit, the charge amount ΔQ 3 of the anion in the conductive polymer film released during the short time Δt is determined by the second power supply unit. By setting the conductance to G (-) , the voltage supplied by the second power supply unit to V (-) , and the mobility of the anion in the conductive polymer film to μ 1 , the following calculation is performed. Equation (9) is obtained.

【0090】[0090]

【数4】 (Equation 4)

【0091】つぎに、信号処理装置を構成する複数の信
号処理ユニット10のうち、i番目に位置する信号処理
ユニットi(但し、iは正の整数)におけるパラメータ
および変数を説明する。なお、信号処理ユニットiにお
けるパラメータおよび変数は、例えば、Q1 (i)という
具合に、iの関数形として表す。
Next, parameters and variables in the i-th signal processing unit i (where i is a positive integer) among the plurality of signal processing units 10 constituting the signal processing device will be described. The parameters and variables in the signal processing unit i are expressed as a function of i, for example, Q 1 (i).

【0092】まず、信号処理ユニットjから信号処理ユ
ニットiへの濃度勾配によるアニオンの流れ密度J
(i,j) は、アニオン溶液14中のアニオンの拡散係数を
D(すなわち、アインシュタインの関係式D=μk
BT、但し、Tは絶対温度、kBは簡単のために任意の2
組のボルツマン係数である。)、1ユニット分のアニオ
ン溶液14の体積をA2、信号処理ユニット10間の距
離を常にdとしたとき、以下の(11)の式のように表
すことができる。
First, the flow density J of anions due to the concentration gradient from the signal processing unit j to the signal processing unit i
(i, j) represents the diffusion coefficient of anions in the anion solution 14 as D (that is, Einstein's relation D = μk
B T, where T is absolute temperature and k B is any 2 for simplicity
The set of Boltzmann coefficients. ) When the volume of the anion solution 14 for one unit is A 2 and the distance between the signal processing units 10 is always d, it can be expressed by the following equation (11).

【0093】 J(i,j)=DS(Q2(j)−Q2(i))/A2d…(11) つぎに、第1電源部に切り替えられたときに、i番目に
位置する信号処理ユニットiの導電性高分子膜に捕捉さ
れたアニオンの単位体積当たりの電荷量Q1(i)の変化率
dQ1(i)/dtと、アニオン溶液14内のアニオンの単
位体積当たりの電荷量Q2(i)の変化率dQ2(i)/dtと
を求める。
J (i, j) = DS (Q 2 (j) −Q 2 (i) ) / A 2 d (11) Next, when the first power supply unit is switched, the i-th position The rate of change dQ 1 (i) / dt of the amount of charge Q 1 (i) per unit volume of anions trapped in the conductive polymer membrane of the signal processing unit i to be processed, and the unit volume of anions in the anion solution 14 per unit volume change rate dQ 2 of the charge amount Q 2 (i) (i) / Request and dt.

【0094】まず、(8)の式より、第1電源部に切り
替えられたときに、i番目に位置する信号処理ユニット
iの導電性高分子膜に捕捉されたアニオンの単位体積当
たりの電荷量Q1(i)の変化率dQ1(i)/dtは、以下の
(12)の式のように表すことができる。
First, from the equation (8), the amount of charge per unit volume of the anion trapped in the conductive polymer film of the i-th signal processing unit i when switching to the first power supply unit is obtained. The rate of change dQ 1 (i) / dt of Q 1 (i) can be expressed by the following equation (12).

【0095】[0095]

【数5】 (Equation 5)

【0096】また、(8)の式と(11)の式とによ
り、第1電源部に切り替えられたときに、i番目に位置
する信号処理ユニットiのアニオン溶液14内のアニオ
ンの単位体積当たりの電荷量Q2(i)の変化率dQ2(i)
dtは、以下の(13)式のように表すことができる。
Further, according to the equations (8) and (11), when the first power supply unit is switched, the unit volume of anions in the anion solution 14 in the anion solution 14 of the i-th signal processing unit i is determined. The rate of change of the charge amount Q 2 (i) dQ 2 (i) /
dt can be expressed as in the following equation (13).

【0097】[0097]

【数6】 (Equation 6)

【0098】さらに、第2電源部に切り替えられたとき
に、i番目に位置する信号処理ユニットiの導電性高分
子膜内のアニオンの単位体積当たりの電荷量Q3(i)の変
化率dQ3(i)/dtと、アニオン溶液14内のアニオン
の単位体積当たりの電荷量Q 4(i)の変化率dQ4(i)/d
tとを求める。
Further, when switching to the second power supply unit is performed.
In addition, the high conductivity of the i-th signal processing unit i
Charge Q per unit volume of anions in the membrane3 (i)Strange
Conversion rate dQ3 (i)/ Dt and the anion in the anion solution 14
Charge Q per unit volume of 4 (i)Rate of change dQ4 (i)/ D
and t.

【0099】第1電源部は各ユニット毎に対応した大き
さの電圧を印加するが、第2電源部は、すべての信号処
理ユニット10について一定の電圧を印加するため、V
(-)( i)=V(-)である。(8)の式より、第2電源部に
切り替えられたときに、i番目に位置する信号処理ユニ
ットiの導電性高分子膜内のアニオンの単位体積当たり
の電荷量Q3(i)の変化率dQ3(i)/dtは、以下の(1
4)式のように表すことができる。
While the first power supply unit applies a voltage of a magnitude corresponding to each unit, the second power supply unit applies a constant voltage to all the signal processing units 10, so that V
(-) ( i) = V (-) . From the equation (8), the change in the charge amount Q 3 (i) per unit volume of the anion in the conductive polymer film of the i-th signal processing unit i when switching to the second power supply unit is made. The rate dQ 3 (i) / dt is given by the following (1)
4) It can be expressed as in the following equation.

【0100】[0100]

【数7】 (Equation 7)

【0101】さらに、(8)の式と(11)の式とによ
り、第2電源部に切り替えられたときに、i番目に位置
する信号処理ユニットiのアニオン溶液14内のアニオ
ンの単位体積当たりの電荷量Q4(i)の変化率dQ4(i)
dtは、以下の(15)式のように表すことができる。
Further, according to the formulas (8) and (11), when switching to the second power supply unit is performed, the unit per unit volume of anions in the anion solution 14 of the i-th signal processing unit i is determined. The rate of change of the charge amount Q 4 (i) dQ 4 (i) /
dt can be expressed as in the following equation (15).

【0102】[0102]

【数8】 (Equation 8)

【0103】スイッチ機構17は、第1電源部と第2電
源部とを50Hzの周期で切り替えるので、電圧の方向
は、0.01秒毎に切り替わることとなる。さらに、初
期時刻における各信号処理ユニット10内のアニオンの
総電荷量Cは、初期時刻(t=0)においては、導電性
高分子膜内のアニオンの電荷量(A11(i))と1ユニ
ットに対応するアニオン溶液14内のアニオンの電荷量
(A22(i))との和、すなわち、以下の(16)の式
の様に表すことができる。
Since the switch mechanism 17 switches between the first power supply unit and the second power supply unit at a cycle of 50 Hz, the direction of the voltage is switched every 0.01 seconds. Furthermore, the total charge C of the anion in each signal processing unit 10 at the initial time is equal to the charge (A 1 Q 1 (i) ) of the anion in the conductive polymer film at the initial time (t = 0). And the sum of the charge amount of the anion in the anion solution 14 corresponding to one unit (A 2 Q 2 (i) ), that is, the following equation (16).

【0104】A11(i)+A22(i)=C…(16) 上記(12)〜(15)の微分方程式をコンピュータに
より演算して数値的に解くことによって、各信号処理ユ
ニット10毎にそれぞれ対応する大きさの電圧の印加に
よって、各信号処理ユニット10間にどのような相互作
用が生ずるかを調べた。なお、表1に使用した各パラメ
ータの値を示す。
A 1 Q 1 (i) + A 2 Q 2 (i) = C (16) Each signal processing is performed by calculating the differential equations (12) to (15) by a computer and numerically solving them. It was investigated what kind of interaction would occur between the signal processing units 10 by applying a voltage of a magnitude corresponding to each unit 10. Table 1 shows the values of the parameters used.

【0105】[0105]

【表1】 [Table 1]

【0106】図4に、一例として、総ユニット数Nが5
である場合の各信号処理ユニット10(I)〜(V)毎の導電
性高分子膜に捕捉されたアニオンの単位体積当たりの電
荷量Q1の変化の演算結果をグラフ化して示す。なお、
値は近似値である。また、図4において、縦軸は導電性
高分子膜に捕捉されたアニオンの単位体積当たりの電荷
量Q1(C/m)であり、横軸は時間t(s)である。
FIG. 4 shows an example in which the total number of units N is 5
Graphed calculation results of change in charge amount to Q 1 per unit volume of anion trapped in the conductive polymer film of each signal processing unit 10 (I) ~ every (V) where it is shown. In addition,
Values are approximations. In FIG. 4, the vertical axis represents the amount of charge Q 1 (C / m) per unit volume of the anion captured by the conductive polymer film, and the horizontal axis represents time t (s).

【0107】図4より、5つの信号処理ユニット10の
うち、第1電極部により最も大きな電圧が印加された信
号処理ユニット10の導電性高分子膜に捕捉されたアニ
オンの単位体積当たりの電荷量Q1(V)は、時間の経過に
従って増加している。
FIG. 4 shows that the charge per unit volume of anions trapped in the conductive polymer film of the signal processing unit 10 to which the largest voltage was applied by the first electrode unit among the five signal processing units 10. Q 1 (V) increases over time.

【0108】最も大きな電圧が印加された信号処理ユニ
ット10以外の信号処理ユニット10の導電性高分子膜
に捕捉されたアニオンの単位体積当たりの電荷量Q1(I)
〜(IV)は、始めのうちは若干増加するものもあるが、時
間の経過に従って減少していき、10秒程度経過すると
すべてゼロとなる。これにより、最も大きな電圧が印加
された信号処理ユニット10以外の信号処理ユニット1
0の導電性高分子膜に捕捉されたアニオンは全て取り除
かれていることがわかる。
The charge Q 1 (I) per unit volume of anions trapped in the conductive polymer film of the signal processing unit 10 other than the signal processing unit 10 to which the largest voltage is applied.
Some of (IV) slightly increase at the beginning, but decrease as time elapses, and become zero after about 10 seconds. Thus, the signal processing units 1 other than the signal processing unit 10 to which the largest voltage is applied
It can be seen that all the anions captured by the conductive polymer film of No. 0 have been removed.

【0109】即ち、この結果から、第1電極部による印
加電圧の大きさの違いに基づいてアニオンのWTA的な
競合がユニット間に生じていることが明確である。以上
は、総ユニット数Nを5とした場合について述べたが、
総ユニット数Nを変えた場合も同様の結果が得られる。
That is, from this result, it is clear that WTA-like competition of anions occurs between the units based on the difference in the magnitude of the applied voltage between the first electrode units. In the above, the case where the total number of units N is 5 has been described.
Similar results are obtained when the total number of units N is changed.

【0110】従って、本実施形態の信号処理装置によれ
ば、複数の信号処理ユニット10のうち第1電源部によ
り最も大きい電圧が印加される信号処理ユニット10が
選択され、最終的には選択された信号処理ユニット10
においてのみ導電性高分子膜へのアニオンの捕捉が達成
されることとなる。
Therefore, according to the signal processing device of the present embodiment, the signal processing unit 10 to which the highest voltage is applied by the first power supply unit among the plurality of signal processing units 10 is selected, and finally selected. Signal processing unit 10
Only in the case of above, trapping of anions in the conductive polymer film is achieved.

【0111】このように、本実施形態の信号処理装置
は、総ユニット数に関わらず、アニオンのWTA的な競
合現象を実現できるので、ニューラルネットワーク情報
処理技術を構築する上で有用なWTA過程を実現でき
る。
As described above, the signal processing device of the present embodiment can realize a WTA-like competition phenomenon of anions regardless of the total number of units, so that a WTA process useful for constructing a neural network information processing technology can be realized. realizable.

【0112】なお、上記の実施の形態では、電荷分散媒
体として、CH3CN中に電解質である(C254NC
lO4を分散させ、アニオンとしてClO4 -イオンを生
成させたアニオン溶液14を使用したが、これに限ら
ず、その他のアニオン溶液を使用することもできる。も
ちろん、アニオン溶液中のアニオンは、1価のアニオン
に限らず、2価以上のアニオンとすることもできる。
In the above embodiment, (C 2 H 5 ) 4 NC which is an electrolyte in CH 3 CN is used as a charge dispersion medium.
Although the anion solution 14 in which 10 4 was dispersed and ClO 4 ions were generated as anions was used, the present invention is not limited to this, and another anion solution may be used. Of course, the anion in the anion solution is not limited to a monovalent anion, but may be a divalent or higher valent anion.

【0113】また、上述した実施の形態の信号処理装置
では、帯電体としてアニオンを分散したアニオン溶液を
電荷分散媒体として使用しているが、帯電体としてカチ
オンを分散したカチオン溶液を電荷分散媒体として使用
することも可能である。
In the signal processing device of the above-described embodiment, an anion solution in which anions are dispersed is used as a charge dispersing medium as a charge dispersing medium. It is also possible to use.

【0114】帯電体捕捉層として導電性高分子膜の一種
であるポリピロールを使用したが、これに限らない。そ
の他に帯電体捕捉層として使用できるものとしては、例
えば、ポリアセチレン系、ポリジアセチレン系、ポリヘ
プタジエン系、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポ
リアニリン系、ポリフェニレンビニレン系、ポリチオフ
ェニレンビニレン系、ポリイソチアネフテン系、ポリイ
ソナフトチオフェン系、ポリパラフェニレン系、ポリフ
ェニレンスルフィド系、ポリフェニレンオキシド系、ポ
リフラン系、ポリフェナンセレン系、ポリセレノフェン
系、ポリテルロフェン系、ポリアズレン系、ポリインデ
ン系、ポリインドール系、ポリフタロシアニン系、ポリ
アセン系、ポリアセノアセン系、ポナフチレン系、ポリ
アントラセン系、ポリペリナフタレン系、ポリビフェニ
レン系、ポリピリジノピリジン系、ポリシアンジェン
系、ポリアレンメタノイド系など各種1次元導電性高分
子や、ラダーポリマー、パイロポリマーとよばれるもの
さらには、グラファイトのような2次元系の導電性高分
子の前駆体(すなわち、モノマーやプレポリマー等)が
ある。
Although polypyrrole, which is a kind of conductive polymer film, was used as the charged body capturing layer, it is not limited to this. Others that can be used as the charged body capturing layer include, for example, polyacetylene-based, polydiacetylene-based, polyheptadiene-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, polyaniline-based, polyphenylenevinylene-based, polythiophenylenevinylene-based, and polyisothianephthene. System, polyisonaphthothiophene, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyfuran, polyphenanthrene, polyselenophene, polytellurophen, polyazulene, polyindene, polyindole, poly Phthalocyanine type, polyacene type, polyacenoacene type, ponaphthylene type, polyanthracene type, polyperinaphthalene type, polybiphenylene type, polypyridinopyridine type, polycyanogen type, polyarene There are various types of one-dimensional conductive polymers such as a non-conductive type, ladder polymers, pyropolymers, and precursors of two-dimensional conductive polymers such as graphite (ie, monomers and prepolymers). .

【0115】なお、上記の1次元導電性高分子のうち、
ポリピロール系の1次元導電性高分子とポリアニリン系
の1次元導電性高分子はカチオン捕捉型であり、ポリビ
リジノピリジン系はカチオン捕捉型であり、ポリチオフ
ェン系はカチオンとアニオンとの両方を捕捉する両方捕
捉型であるので、帯電体捕捉層として使用する導電性高
分子膜の性質に合わせて、電荷分散媒体の種類や濃度、
電源の切り替えタイミングなどの諸条件を調整すると良
い。
In the above one-dimensional conductive polymer,
The polypyrrole-based one-dimensional conductive polymer and the polyaniline-based one-dimensional conductive polymer are cation-trapping types, the polyviridinopyridine-based ones are cation-trapping types, and the polythiophene-based ones trap both cations and anions. Since both are trapping types, the type and concentration of the charge dispersing medium,
It is advisable to adjust various conditions such as a power supply switching timing.

【0116】更に、別の実施形態として、第1の電極と
第2の電極との両方に帯電体捕捉層を設けるように構成
することも可能である。この場合、好ましくは、電荷分
散媒体として電解質溶液のように正の帯電体と負の帯電
体とが共存する溶液を使用するとよい。
Further, as another embodiment, it is possible to provide a structure in which a charged body capturing layer is provided on both the first electrode and the second electrode. In this case, it is preferable to use a solution in which a positively charged body and a negatively charged body coexist, such as an electrolyte solution, as the charge dispersion medium.

【0117】[0117]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、生
体内のシナプスでの信号処理に類似した信号処理を行え
る信号処理ユニットが得られる、という効果がある。
As described above, according to the present invention, there is an effect that a signal processing unit capable of performing signal processing similar to signal processing at a synapse in a living body can be obtained.

【0118】また、本発明によれば、帯電体分散媒体中
を移動する帯電体を、見かけ上各信号処理ユニットに設
けられた帯電体捕捉層同士が競合して奪い合い、最終的
に第1の電源によって一番強い電圧が印加された信号処
理ユニットが全ての帯電体を捕捉するというWTA的な
動作を電気化学的に実現できる信号処理装置が得られ
る、という効果がある。
Further, according to the present invention, apparently, the charged body trapping layers provided in the respective signal processing units compete with each other for the charged body moving in the charged body dispersion medium, and finally compete with each other. There is an effect that a signal processing device capable of electrochemically realizing a WTA-like operation in which a signal processing unit to which a strongest voltage is applied by a power supply captures all charged bodies is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 (a)は、本発明の実施の形態に係る信号処
理装置の概略構成図であり、(b)は、第1の電極18
aの配置を説明するための上面図である。
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of a signal processing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a first electrode 18;
It is a top view for explaining arrangement of a.

【図2】 図1の信号処理装置を構成する信号処理ユニ
ット10の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a signal processing unit 10 included in the signal processing device of FIG.

【図3】 図1の信号処理装置において帯電体捕捉層と
して使用したポリピロール層16のアニオン捕捉率Xと
コンダクタンスGとの関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an anion trapping rate X and a conductance G of a polypyrrole layer 16 used as a charged body trapping layer in the signal processing device of FIG.

【図4】 総ユニット数Nが5である場合の各信号処理
ユニット10毎の導電性高分子膜に捕捉されたアニオン
の単位体積当たりの電荷量Q1の変化(I)〜(V)を示すグ
ラフである。
FIG. 4 shows changes (I) to (V) in the charge amount Q 1 per unit volume of anions trapped in the conductive polymer film of each signal processing unit 10 when the total number of units N is 5; It is a graph shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 信号処理ユニット 12 電源部 14 アニオン溶液 15a 第1の電源 15b 第2の電源 16 ポリピロール層 17 スイッチ機構 18a 第1の電極 18b 第2の電極 20 電源装置 22 電圧制御部 Reference Signs List 10 signal processing unit 12 power supply unit 14 anion solution 15a first power supply 15b second power supply 16 polypyrrole layer 17 switch mechanism 18a first electrode 18b second electrode 20 power supply device 22 voltage control unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正電荷または負電荷に帯電した帯電体の
少なくとも一方を分散した電荷分散媒体中に設けられた
1対の電極と、 該1対の電極の少なくとも一方に設けられ、帯電体を捕
捉する方向に電圧が印加されると電荷分散媒体中の帯電
体を捕捉して自身の導電率を上昇させると共に、前記1
対の電極に逆方向に電圧が印加されると捕捉した帯電体
を前記電荷分散媒体中に戻す帯電体捕捉層と、 を備えた信号処理ユニット。
1. A pair of electrodes provided in a charge dispersion medium in which at least one of a positively or negatively charged charged body is dispersed, and a pair of electrodes provided on at least one of the pair of electrodes. When a voltage is applied in the capturing direction, the charged body in the charge dispersion medium is captured to increase its own conductivity, and
A charge capturing layer for returning the captured charged body into the charge dispersion medium when a voltage is applied in the opposite direction to the pair of electrodes.
【請求項2】 前記請求項1に記載の信号処理ユニット
を、同一の電荷分散媒体中に複数設け、 外部から入力された情報に基づいて各信号処理ユニット
毎に決定した大きさの電圧を、帯電体捕捉層が帯電体を
捕捉する方向に印加する第1の電源と、 前記複数の信号処理ユニットの全てに対して予め定めた
一定の大きさの電圧を、帯電体が前記帯電体捕捉層から
前記電荷分散媒体中に戻される方向に印加する第2の電
源と、 前記第1の電源による電圧の印加によって最も多く帯電
体を捕捉した帯電体捕捉層内の帯電体のうちの少なくと
も1部が帯電体捕捉層内に残るように、前記第1の電源
と前記第2の電源とを予め定めた時間毎に切り替えるス
イッチ機構と、 を備えた信号処理回路。
2. A plurality of the signal processing units according to claim 1 are provided in the same charge dispersion medium, and a voltage having a magnitude determined for each signal processing unit based on information input from the outside is provided. A first power source applied in a direction in which the charged body capturing layer captures the charged body; and a voltage having a predetermined constant magnitude for all of the plurality of signal processing units. And a second power supply applied in a direction returning from the charge dispersion medium to the charge dispersing medium; and at least a part of the charged bodies in the charged body capturing layer that has captured the most charged bodies by applying a voltage from the first power supply. A switch mechanism for switching between the first power supply and the second power supply at predetermined time intervals so that 残 る remains in the charged body trapping layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113554155A (en) * 2021-07-29 2021-10-26 杭州电子科技大学 Neural network circuit based on SDSP and WTA algorithm and Hall strip synapse
CN113554155B (en) * 2021-07-29 2024-02-23 杭州电子科技大学 Neural network circuit and Hall strip synapse based on SDSP and WTA algorithm

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