JP3786217B2 - Chemical reaction apparatus and method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学反応装置および方法に関し、特に、化学的な処理の機能を動的に変化させることで、自動的に、所望の物質を生成する化学反応装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、化学反応を行って所望の物質を生成しようとする場合、原料から所望する物質を生成する処理法が明らかであれば、その処理法に従って原料を操作することで所望の物質を生成することができる。しかし、処理法が明らかでない場合は、経験的に、あるいは手探り的に、様々な化学的操作を、原料に加えることで物質を生成することが要求される。従って、従来の技術で化学反応を行って所望の物質を生成しようとする場合は、経験による知識、および多くの人的操作が必要とされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、所望の物質を生成する処理法が明らかでない場合は、経験による知識、および多くの人的操作を必要とし、所望の物質の生成法を見つけるために、相当のコストや時間を要するという課題を有している。
【0004】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、所望の物質を生成する処理法を自動的に探すことができるようにして、経験による知識、および多くの人的操作をほとんど必要とせずに所望の物質の生成法を見つけるものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の化学反応装置は、化学反応の各プロセスの組み合わせを動的に変化させて自動的に所望の物質を生成する化学反応装置であって、化学反応の各プロセスが取り得る状態のうち一の状態を取り得る複数の化学反応部により構成される複数の化学反応手段と、複数の化学反応手段が出力する生成物が所望の物質にどの程度近いかを表す指標である適応度を算出する生成物分析手段と、生成物分析手段による生成物の分析結果から、遺伝的アルゴリズムに基づいて、化学反応手段の処理機能を変更する制御手段とを備え、制御手段は、化学反応のプロセスの種類の数および化学反応のプロセスの数に応じて化学反応手段毎に遺伝的アルゴリズムを実行するための染色体を割り当て、生成物分析手段により分析された各生成物の適応度に応じて化学反応手段毎に割り当てられた染色体の交叉処理または突然変異処理を行うことにより複数の化学反応手段の一つの染色体の変更を行い、変更された染色体に基づいて化学反応手段における各化学反応部の状態を変化させることを特徴とする。
【0007】
請求項1に記載の化学反応装置においては、複数の化学反応手段が、化学反応の各プロセスが取り得る状態のうち一の状態を取り得る複数の化学反応部により構成され、生成物分析手段が、複数の化学反応手段が出力する生成物が所望の物質にどの程度近いかを表す指標である適応度を算出し、制御手段が、生成物分析手段による生成物の分析結果から、遺伝的アルゴリズムに基づいて、化学反応手段の処理機能を変更し、さらに、制御手段が、化学反応のプロセスの種類の数および化学反応のプロセスの数に応じて化学反応手段毎に遺伝的アルゴリズムを実行するための染色体を割り当て、生成物分析手段により分析された各生成物の適応度に応じて化学反応手段毎に割り当てられた染色体の交叉処理または突然変異処理を行うことにより複数の化学反応手段の一つの染色体の変更を行い、変更された染色体に基づいて化学反応手段における各化学反応部の状態を変化させる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の化学反応装置の一実施例の構成例を表している。この実施例は、複数の化学反応回路1−1乃至1−N(化学反応手段)を備える。化学反応回路1−1乃至1−Nは、原料入力器2から供給された原料を処理して生成物を生成し、その生成物を生成物分析器3(生成物分析手段)に出力するようになされている。さらに、化学反応回路1−1乃至1−Nは、演算装置4(制御手段)が供給する信号に応じて、回路の機能を変化させることができるようになされている。
【0010】
生成物分析器3は、化学反応回路1−1乃至1−Nが生成した生成物をそれぞれ評価し、生成物が所望の物質に、どの程度近いかを表す指標である適応度を、それぞれの生成物に対して算出し、これらの適応度を演算装置4に供給する。演算装置4は、遺伝的アルゴリズム(GA:Genetic Algorithm)に基づいて、これらの適応度から、それぞれの化学反応回路1−1乃至1−Nに対して新たな機能を決定し、それらの機能を制御信号によって化学反応回路1−1乃至1−Nにそれぞれ供給するようになされている。
【0011】
図2は、演算装置4の構成例を示している。演算装置4は、CPU21を備え、このCPU21は、ROM22に記憶されているプログラムに従って各種処理、例えば、GAのプログラムに従って、生成物分析器3より供給される各生成物の適応度に応じて、化学反応器1−1乃至1−Nの新たな機能を算出するようになされている。RAM23は、CPU21が各種処理をする上において必要なデータ、プログラム等を適宜記憶するようになされている。
【0012】
生成物分析器3が算出した各生成物の適応度は、インターフェース24を介して、演算装置4に供給される。同様に、化学反応回路1−1乃至1−Nに対する回路の機能を表す信号の供給と、原料入力器2に対する原料供給の指令も、インターフェース24を介して行われるようになされている。
【0013】
図3は、化学反応回路1−1(1−2乃至1−Nも同様に構成されている)の一実施例の構成例を示している。この構成例においては、化学反応回路1−1は、化学的な処理機能を電気信号によって変更することができるマイクロ流体システム(MIFS:Micro Integrated Fluid System)41−1乃至41−8を備える。MIFS41−1,41−5は、原料入力器2から原料を供給されるようになされている。そして、各MIFS41−1乃至41−8が、演算装置4によって指示された処理を行い、最終段のMIFS41−8が、生成物を生成物分析器3に供給するようになされている。なお、すべての化学反応回路1−1乃至1−Nは、同じ数のMIFSを有するものとする。
【0014】
MIFS41−iは、IEEE Micro Electro Mechanical Systems, January 25-28,1994において、THREE DIMENSIONAL MICRO INTEGRATED FLUID SYSTEM (MIFS) FABRICATED BY STEREO LITHOGRAPYとして、Koji Ikuta氏らによって紹介されているものを用いることができる。図4は、その構成例を表している。
【0015】
MIFS61(図3におけるMIFS41−iに対応する)は、マイクロ流体処理部61aと電子回路部61bとを備える。このMIFS61においては、入力される液体に対して所定の処理を施すマイクロ流体処理部61aの機能を、電子回路61bが、入力される制御信号に対応して制御、設定するようになされている。
【0016】
マイクロ流体処理部61aにおいては、例えば、サンプル液とエルーション液の供給を受け、所定の処理を施し、そのとき発生される廃液を排出する。カラム64、セル63は、これらの液体を案内する。エルーション液は、ポンプ62によって圧力を調整されるようになされている。
【0017】
電子回路部61bにおいて、演算回路67は、ポンプ62を駆動するアクチュエータ68と、ポンプ62の駆動によって変化する管内の圧力を監視する圧力センサ70と、セル63を通る廃液を監視する光センサ69とを制御するようになされている。さらに、ピン71を通して、外部(演算装置4)から演算回路67に制御信号を供給することもできるようになされている。
【0018】
この構成例に示されるMIFS61は、この他、例えば、熱を加える機能と振動を加える機能というように、複数の機能を備えさせて、制御信号によってバルブを開閉させることで、入力される液体に対して行う処理を選択することもできる。
【0019】
図5は、各MIFS41−iに、プロセスA乃至プロセスEの5種類の機能のうちの所定の機能を制御信号によって設定するようにした場合において、各MIFS41−1乃至41−8に、プロセスA乃至プロセスEのうちのいずれかの機能を割り当てた例を示す。
【0020】
図1の実施例においては、各化学反応回路1−1乃至1−Nに遺伝的アルゴリズムを適用する。このため、各プロセスを、染色体として表現する。
【0021】
図6に示すように染色体81は、複数桁の2進数で表される。例えば、1個のMIFSに割り当てることのできるプロセスの種類が4種類ならば、2桁の2進数が必要になり、5種類乃至8種類ならば、3桁の2進数が、1個のMIFSとプロセスの組み合わせを表現するために必要となる。従って、プロセスの種類が5種類乃至8種類である、N個のMIFSを有する化学反応回路を表現する場合は、(3×N)桁の2進数が必要になる。
【0022】
例えば、プロセスA乃至プロセスEの5種類のプロセスがあるとすると、プロセスAは、2進数000で表現される。同様に、プロセスBからプロセスEまでを、順番に2進数001から2進数100までで表現することができる。
【0023】
この構成例において、MIFSの有する機能は5種類であり、1個の化学反応回路は、8個のMIFS41−1乃至41−8で構成されているので、MIFSと処理の組み合わせを表現するためには、24桁(=8個×3桁)の2進数が、化学反応回路ごとに必要とされる。そして、この24桁の2進数が、1個の化学反応回路における、MIFSと処理の組み合わせを表現する染色体となる。従って、24桁の2進数の変数(染色体)が、化学反応回路1−1乃至1−Nの数と同じ数だけ必要とされる。
【0024】
例えば、図5に示すMIFS41−1乃至41−8と実行する処理との組み合わせを表現する染色体は、図6に示す染色体81となる。すなわち、図6に示すように、MIFS41−1にはプロセスAが割り当てられ、MIFS41−2には、プロセスBが割り当てられているので、000001で始まり、以下、MIFS41−3乃至41−8に、プロセスA,C,D,E,D,Eが割り当てられているので、000010011100011100となり、合計24桁の2進数で表される。
【0025】
GAにおいては、複数桁の2進数で進化させる対象を表現する。そして、所定の数の染色体からなる染色体の集団を用意して、この集団の各染色体の初期値を乱数で決定する。そして、この集団から染色体を選択して染色体のペアをつくる選択処理を行った後、染色体のペアから次世代の染色体をつくる交叉処理を行う。さらに、所定の低い確率で、突然変異処理を行う。
【0026】
これらの処理を行った後、各染色体が目標にどの程度近いかを評価し、この度合いを適応度で示す。そして、次回の選択処理において、適応度の高い(目標に近い)染色体ほど多くのペアを組む確率を高くなるようにすることで、染色体の平均の適応度が増加することが期待でき、所望の性質を有する染色体を得ることができる。
【0027】
この構成例においては、MIFSに対する処理の組み合わせを染色体で表現しているので、GAに基づいて染色体を進化させるたびに、化学反応回路1−1乃至1−Nは、新たな処理の機能を、それぞれ有することになる。そして、化学反応回路1−1乃至1−Nは、生成物を生成し、生成物分析器3がこれらの生成物を分析し、それぞれの生成物に対する適応度を算出する。これらの適応度は演算装置4に供給され、演算装置4は、これらの適応度を、次世代の染色体、すなわち化学反応回路1−1乃至1−Nの新たな処理の機能に、生成物が所望の物質に近づくように反映させる。従って、染色体の進化が進むにつれて、化学反応回路1−1乃至1−Nは、所望の物質を生成する機能を有するようになっていく。
【0028】
また、この構成例においては、適応度に比例した確率で染色体の集団の中から染色体を選択して、染色体のペアをつくることで選択処理を行うようになされている。従って、適応度の高い染色体が多くのペアをつくる確率が高くなる。交叉処理においては、選択処理でつくられた染色体のペアに対して、乱数で2つの染色体を交叉する場所を決定し、その桁以降のすべての桁の値を、2個の染色体の間で交換する。例えば、左から5桁目で染色体000101100と染色体111010101を交叉させる場合、染色体000100101、および染色体111011100の2個の染色体がつくられる。
【0029】
突然変異処理は、染色体において、乱数で決定した桁の値を変化させるもので、次世代の染色体をつくるときにある一定の低い確率で行われる。突然変異処理する場合は、変化させる桁を乱数を用いて決定し、その桁の数を0から1、あるいは1から0に変化させる。例えば、染色体001001に突然変異処理を行う場合に、乱数で左から2桁目が選択されたとすると、この処理によって生成される染色体は、011001となる。
【0030】
このように、GAでは、選択処理、交叉処理、染色体の評価を反復し、各反復において所定の確率で突然変異を行い、より良い評価を得る染色体を生成していく。
【0031】
次に図7のフローチャートを参照して、上記実施例の動作について説明する。
【0032】
最初にステップS1において、演算装置4が、化学反応回路1−1乃至1−Nの数と同じ数のGAの染色体を用意する。これらの染色体の初期値は、各染色体ごとに乱数を用いて決定される。次にステップS2において、演算装置4は、各染色体が表すMIFSに対する処理の組み合わせの信号を、各染色体に対応する化学反応回路1−1乃至1−Nに供給する。そして、化学反応回路1−1乃至1−Nは、供給された信号に従って、MIFSにプロセスを割り当てる。
【0033】
そして、ステップS3に進み、演算装置4が原料入力器2に原料供給の指令を出した後、化学反応回路1−1乃至1−Nは、新たに組み合わされたプロセスで、生成物を生成する。そして、ステップS4で、生成物分析器3は、この生成物の評価を行い、その結果を演算装置4に供給する。
【0034】
ステップS5において、演算装置4は、生成物分析器3より供給された各化学反応回路1−1乃至1−Nの生成物に対する評価から、目的の物質が生成されたか否かを調べ、生成されていない場合は、ステップS6に進み、演算装置4は、染色体の集団からペアをつくる選択処理を行い、続いて、ステップS7で染色体のペアに対して交叉処理を行う。そして、ステップS8では、演算装置4は、所定の低い確率で突然変異処理を行う。
【0035】
以下、ステップS2乃至S8の処理を、目的の物質が生成されるまで繰り返す。このようにすることで、各世代ごとの各染色体が表現する処理の組み合わせが評価され、各化学反応回路1−1乃至1−Nが、所望の物質を生成する機能を有するようになっていく。
【0036】
【発明の効果】
請求項1に記載の化学反応装置によれば、生成した生成物を分析し、分析した結果に基づいて、生成物を目的の物質に近づけるように、化学的な処理の機能を動的に変更するようにしたので、人的操作をほとんど必要としないで、所望の物質を自動的にかつ、低コストで短期間に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化学反応装置の一実施例の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1の実施例における演算装置4の構成例を示すブロック図である。
【図3】図1の実施例における化学反応回路1−1乃至1−Nの構成例を示すブロック図である。
【図4】図3の構成例におけるマイクロ流体システム(MIFS)の構成例を示す図である。
【図5】図3の構成例におけるMIFSとプロセスの組み合わせについて説明する図である。
【図6】図5に示されるMIFSとプロセスの組み合わせを表現する、遺伝的アルゴリズムの染色体を説明する図である。
【図7】本発明の化学反応装置の一実施例の構成例の処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1−1乃至1−N 化学反応回路
2 原料入力器
3 生成物分析器
4 演算装置
21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 インターフェース
41−1乃至41−8 マイクロ流体システム(MIFS)
61 マイクロ流体システム(MIFS)
61a マイクロ流体システム(MIFS)のマイクロ流体部
61b マイクロ流体システム(MIFS)の電子回路部
81 染色体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical reaction apparatus and method, and more particularly to a chemical reaction apparatus and method for automatically generating a desired substance by dynamically changing the function of chemical treatment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a chemical reaction is performed to generate a desired substance, if a processing method for generating the desired substance from the raw material is clear, the desired substance is generated by manipulating the raw material according to the processing method. Can do. However, if the treatment method is not clear, it is required to produce a substance by adding various chemical operations to the raw material empirically or frustratedly. Therefore, when a chemical reaction is performed by a conventional technique to generate a desired substance, knowledge based on experience and a lot of human operations are required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, when the processing method for generating the desired substance is not clear, knowledge based on experience and a lot of human operations are required, and it takes considerable cost and time to find the method for generating the desired substance. It has a problem.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can automatically search for a processing method for generating a desired substance, and requires almost no knowledge based on experience and many human operations. Without finding a method for producing a desired substance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The chemical reaction apparatus according to claim 1 is a chemical reaction apparatus that dynamically generates a desired substance by dynamically changing a combination of processes of chemical reactions, and a state that each process of chemical reactions can take. Fitness that is an index indicating how close to a desired substance a plurality of chemical reaction means constituted by a plurality of chemical reaction units that can take one of the states, and a product output by the plurality of chemical reaction means A product analysis means for calculating the chemical reaction means, and a control means for changing the processing function of the chemical reaction means based on a genetic algorithm from the analysis result of the product by the product analysis means. Adaptation of each product analyzed by product analysis means, assigning chromosomes to execute genetic algorithm for each chemical reaction means according to the number of process types and the number of chemical reaction processes Depending on the chemical reaction means, the chromosomes assigned to each chemical reaction means are crossed or mutated to change one chromosome of the plurality of chemical reaction means, and each chemistry in the chemical reaction means is changed based on the changed chromosome. It is characterized by changing the state of the reaction part .
[0007]
In the chemical reaction device according to claim 1, the plurality of chemical reaction means includes a plurality of chemical reaction units that can take one of the states that each process of the chemical reaction can take, and the product analysis means The fitness, which is an index indicating how close the product output from the plurality of chemical reaction means is to the desired substance, is calculated, and the control means calculates the genetic algorithm from the analysis result of the product by the product analysis means. To change the processing function of the chemical reaction means, and the control means executes the genetic algorithm for each chemical reaction means according to the number of types of chemical reaction processes and the number of chemical reaction processes. By performing the crossover process or mutation process of the assigned chromosome for each chemical reaction means according to the fitness of each product analyzed by the product analysis means To change the one chromosome of the number of chemical reactions means, changing the state of the chemical reaction section in the chemical reaction section based on the modified chromosome.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a configuration example of an embodiment of the chemical reaction apparatus of the present invention. This embodiment includes a plurality of chemical reaction circuits 1-1 to 1-N (chemical reaction means). The chemical reaction circuits 1-1 to 1-N process the raw material supplied from the raw material input device 2 to generate a product, and output the product to the product analyzer 3 (product analysis means). Has been made. Further, the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N can change the function of the circuit in accordance with a signal supplied from the arithmetic device 4 (control means).
[0010]
The product analyzer 3 evaluates the products generated by the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N, and determines the fitness, which is an index indicating how close the product is to the desired substance, for each of the products. It calculates with respect to a product, and supplies these fitness to the arithmetic unit 4. The arithmetic unit 4 determines new functions for the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N from these fitness values based on a genetic algorithm (GA), and determines those functions. Each of the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N is supplied by a control signal.
[0011]
FIG. 2 shows a configuration example of the arithmetic device 4. The arithmetic device 4 includes a CPU 21, which performs various processes according to programs stored in the ROM 22, for example, according to the fitness of each product supplied from the product analyzer 3 according to a GA program. The new functions of the chemical reactors 1-1 to 1-N are calculated. The RAM 23 appropriately stores data, programs and the like necessary for the CPU 21 to perform various processes.
[0012]
The fitness of each product calculated by the product analyzer 3 is supplied to the computing device 4 via the interface 24. Similarly, the supply of signals representing the functions of the circuits to the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N and the command for supplying the raw material to the raw material input device 2 are also performed via the interface 24.
[0013]
FIG. 3 shows a configuration example of an embodiment of the chemical reaction circuit 1-1 (1-2 to 1-N are also configured in the same manner). In this configuration example, the chemical reaction circuit 1-1 includes micro fluid systems (MIFS: Micro Integrated Fluid System) 41-1 to 41-8 that can change a chemical processing function by an electric signal. The MIFS 41-1 and 41-5 are configured to be supplied with raw materials from the raw material input device 2. Each MIFS 41-1 to 41-8 performs processing instructed by the arithmetic device 4, and the final-stage MIFS 41-8 supplies the product to the product analyzer 3. All chemical reaction circuits 1-1 to 1-N have the same number of MIFS.
[0014]
The MIFS 41-i can be the one introduced by Koji Ikuta et al. As THREE DIMENSIONAL MICRO INTEGRATED FLUID SYSTEM (MIFS) FABRICATED BY STEREO LITHOGRAPY in IEEE Micro Electro Mechanical Systems, January 25-28, 1994. FIG. 4 shows an example of the configuration.
[0015]
The MIFS 61 (corresponding to MIFS 41-i in FIG. 3) includes a microfluidic processing unit 61a and an electronic circuit unit 61b. In the MIFS 61, the electronic circuit 61b controls and sets the function of the microfluidic processing unit 61a that performs a predetermined process on the input liquid in response to the input control signal.
[0016]
In the microfluidic processing unit 61a, for example, a sample liquid and an aerial liquid are supplied, a predetermined process is performed, and a waste liquid generated at that time is discharged. The column 64 and the cell 63 guide these liquids. The pressure of the erosion liquid is adjusted by the pump 62.
[0017]
In the electronic circuit unit 61 b, the arithmetic circuit 67 includes an actuator 68 that drives the pump 62, a pressure sensor 70 that monitors the pressure in the pipe that changes as the pump 62 is driven, and an optical sensor 69 that monitors waste liquid passing through the cell 63. Has been made to control. Further, a control signal can be supplied to the arithmetic circuit 67 from the outside (the arithmetic device 4) through the pin 71.
[0018]
In addition to this, the MIFS 61 shown in this configuration example is provided with a plurality of functions such as a function of applying heat and a function of applying vibration, and by opening and closing a valve by a control signal, It is also possible to select the processing to be performed on.
[0019]
FIG. 5 shows that each of the MIFSs 41-1 to 41-8 has a process A when a predetermined function among the five types of functions of the processes A to E is set by a control signal. An example in which any one of the processes E to E is assigned is shown.
[0020]
In the embodiment of FIG. 1, a genetic algorithm is applied to each chemical reaction circuit 1-1 to 1-N. For this reason, each process is expressed as a chromosome.
[0021]
As shown in FIG. 6, the chromosome 81 is represented by a binary number of a plurality of digits. For example, if the number of process types that can be assigned to one MIFS is four, a two-digit binary number is required. If five to eight types are used, a three-digit binary number is converted to one MIFS. Necessary for expressing a combination of processes. Therefore, when expressing a chemical reaction circuit having N MIFSs with 5 to 8 types of processes, a binary number of (3 × N) digits is required.
[0022]
For example, if there are five types of processes, process A to process E, process A is represented by binary number 000. Similarly, process B to process E can be expressed in binary numbers 001 to 100 in order.
[0023]
In this configuration example, MIFS has five types of functions, and one chemical reaction circuit is composed of eight MIFSs 41-1 to 41-8, so that the combination of MIFS and processing is expressed. The 24 digits (= 8 × 3 digits) binary number is required for each chemical reaction circuit. The 24-digit binary number is a chromosome representing a combination of MIFS and processing in one chemical reaction circuit. Therefore, the same number of 24-digit binary variables (chromosomes) as the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N are required.
[0024]
For example, a chromosome expressing a combination of MIFS 41-1 to 41-8 shown in FIG. 5 and a process to be executed is a chromosome 81 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 6, since process A is assigned to MIFS 41-1 and process B is assigned to MIFS 41-2, it starts with 000001 and is hereinafter referred to as MIFS 41-3 to 41-8. Since processes A, C, D, E, D, and E are allocated, it becomes 0000100111000011100, which is represented by a binary number having a total of 24 digits.
[0025]
In GA, an object to be evolved is expressed by a binary number of multiple digits. Then, a group of chromosomes composed of a predetermined number of chromosomes is prepared, and the initial value of each chromosome of this group is determined by a random number. Then, after selecting a chromosome from this population and performing a selection process for creating a chromosome pair, a crossover process for creating a next-generation chromosome from the chromosome pair is performed. Furthermore, mutation processing is performed with a predetermined low probability.
[0026]
After performing these processes, how close each chromosome is to the target is evaluated, and this degree is indicated by fitness. In the next selection process, it is expected that the average fitness of chromosomes can be increased by increasing the probability of forming more pairs for chromosomes with higher fitness (closer to the target). A chromosome having properties can be obtained.
[0027]
In this configuration example, the combination of processes for MIFS is expressed by chromosomes. Therefore, each time the chromosomes are evolved based on GA, the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N have new processing functions. You will have each. And the chemical reaction circuit 1-1 thru | or 1-N produce | generate a product, and the product analyzer 3 analyzes these products, and calculates the fitness with respect to each product. These fitness values are supplied to the calculation device 4, and the calculation device 4 converts these fitness values into functions of new generations of next-generation chromosomes, that is, chemical reaction circuits 1-1 to 1-N. Reflect to get closer to the desired material. Therefore, as the evolution of chromosomes proceeds, the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N have a function of generating a desired substance.
[0028]
In this configuration example, selection processing is performed by selecting a chromosome from a population of chromosomes with a probability proportional to fitness and creating a pair of chromosomes. Therefore, there is a high probability that chromosomes with high fitness will form many pairs. In the crossover process, for the pair of chromosomes created in the selection process, the place where two chromosomes are crossed is determined by random numbers, and the values of all digits after that digit are exchanged between the two chromosomes. To do. For example, when the chromosome 00101100 and the chromosome 11101101 are crossed in the fifth digit from the left, two chromosomes of the chromosome 000100101 and the chromosome 1111011100 are created.
[0029]
Mutation processing changes the value of a digit determined by a random number in a chromosome, and is performed with a certain low probability when a next-generation chromosome is created. When performing the mutation process, the digit to be changed is determined using a random number, and the number of digits is changed from 0 to 1 or from 1 to 0. For example, when the mutation process is performed on the chromosome 00101, if the second digit from the left is selected with a random number, the chromosome generated by this process is 011001.
[0030]
In this way, in GA, selection processing, crossover processing, and chromosome evaluation are repeated, and mutation is performed at a predetermined probability in each iteration to generate chromosomes that obtain better evaluation.
[0031]
Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0032]
First, in step S1, the arithmetic device 4 prepares the same number of GA chromosomes as the number of chemical reaction circuits 1-1 to 1-N. The initial values of these chromosomes are determined using random numbers for each chromosome. Next, in step S2, the arithmetic unit 4 supplies a signal of a combination of processes for MIFS represented by each chromosome to the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N corresponding to each chromosome. Then, the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N assign processes to the MIFS according to the supplied signals.
[0033]
And it progresses to step S3, and after the arithmetic unit 4 issues the raw material supply command to the raw material input device 2, the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N generate a product by a newly combined process. . In step S4, the product analyzer 3 evaluates the product and supplies the result to the arithmetic device 4.
[0034]
In step S5, the arithmetic unit 4 checks whether or not the target substance has been generated from the evaluation of the products of the chemical reaction circuits 1-1 to 1-N supplied from the product analyzer 3. If not, the process proceeds to step S6, where the arithmetic device 4 performs a selection process for creating a pair from the chromosome population, and subsequently performs a crossover process for the chromosome pair in step S7. In step S8, the arithmetic device 4 performs the mutation process with a predetermined low probability.
[0035]
Thereafter, the processes in steps S2 to S8 are repeated until the target substance is generated. By doing in this way, the combination of the process which each chromosome for every generation expresses is evaluated, and each chemical reaction circuit 1-1 thru | or 1-N comes to have a function which produces | generates a desired substance. .
[0036]
【The invention's effect】
According to the chemical reaction device of claim 1, the function of the chemical treatment is dynamically changed so that the generated product is analyzed and the product is brought close to the target substance based on the analysis result. As a result, the desired material can be generated automatically and in a short time at a low cost with little human intervention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of a chemical reaction apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an arithmetic device 4 in the embodiment of FIG.
3 is a block diagram showing a configuration example of chemical reaction circuits 1-1 to 1-N in the embodiment of FIG.
4 is a diagram showing a configuration example of a microfluidic system (MIFS) in the configuration example of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining a combination of MIFS and a process in the configuration example of FIG. 3;
6 is a diagram for explaining a chromosome of a genetic algorithm expressing a combination of MIFS and a process shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a flowchart for explaining processing of a configuration example of an embodiment of the chemical reaction device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1-1 to 1-N Chemical reaction circuit 2 Raw material input device 3 Product analyzer 4 Computing device 21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 Interface 41-1 to 41-8 Microfluidic system (MIFS)
61 Microfluidic system (MIFS)
61a Microfluidic part 61b of microfluidic system (MIFS) 61b Electronic circuit part 81 of microfluidic system (MIFS) Chromosome

Claims (3)

化学反応の各プロセスの組み合わせを動的に変化させて自動的に所望の物質を生成する化学反応装置であって、
前記化学反応の各プロセスが取り得る状態のうち一の状態を取り得る複数の化学反応部により構成される複数の化学反応手段と、
前記複数の化学反応手段が出力する生成物が所望の物質にどの程度近いかを表す指標である適応度を算出する生成物分析手段と、
前記生成物分析手段による前記生成物の分析結果から、遺伝的アルゴリズムに基づいて、前記化学反応手段の処理機能を変更する制御手段と
を備え
前記制御手段は、化学反応のプロセスの種類の数および化学反応のプロセスの数に応じて前記化学反応手段毎に前記遺伝的アルゴリズムを実行するための染色体を割り当て、
前記生成物分析手段により分析された各生成物の適応度に応じて前記化学反応手段毎に割り当てられた染色体の交叉処理または突然変異処理を行うことにより前記複数の化学反応手段の1つの染色体の変更を行い、
前記変更された染色体に基づいて前記化学反応手段における各化学反応部の前記状態を変化させる
ことを特徴とする化学反応装置。
A chemical reaction apparatus for automatically generating a desired substance by dynamically changing a combination of processes of chemical reactions,
A plurality of chemical reaction means constituted by a plurality of chemical reaction units capable of taking one of the states that each process of the chemical reaction can take ;
Product analysis means for calculating fitness, which is an index indicating how close the product output from the plurality of chemical reaction means is to a desired substance ;
A control means for changing a processing function of the chemical reaction means based on a genetic algorithm from the analysis result of the product by the product analysis means , and
The control means assigns a chromosome for executing the genetic algorithm for each chemical reaction means according to the number of types of chemical reaction processes and the number of chemical reaction processes,
By performing a crossover process or a mutation process of the chromosome assigned to each chemical reaction means according to the fitness of each product analyzed by the product analysis means, one chromosome of the plurality of chemical reaction means Make changes,
A chemical reaction apparatus characterized by changing the state of each chemical reaction part in the chemical reaction means based on the changed chromosome .
前記染色体は、複数桁の2進数によりなることを特徴とする請求項1に記載の化学反応装置。The chemical reaction apparatus according to claim 1, wherein the chromosome is a binary digit having a plurality of digits. 前記制御手段は、前記分析手段において算出された適応度に関して、該適応度の高い前記生成物に対応する染色体ほど他の染色体との間で交叉処理する確率を高くするようにする
ことを特徴とする請求項に記載の化学反応装置。
The control means is characterized in that, with regard to the fitness calculated by the analysis means, a chromosome corresponding to the product having a higher fitness has a higher probability of cross-processing with another chromosome. The chemical reaction device according to claim 1 .
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