九大ら,神経細胞から超省エネIoT制御技術を確立

著者: sugi

九州大学の研究グループは,余分な機能を省きタイミング制御だけに特化することで,世界最小の消費電力(1.2pW)で動作するニューロン回路を実現し,IoTデバイスの標準機能である直流電圧変換を1nW程度の超低消費電力で実現できることを実証した(ニュースリリース)。

モノのインターネット(IoT)では使用できる電力は厳しく制限される。

末端デバイスほど人がアクセスしにくい場所に設置されて数も多くなるため,電池交換は現実的ではない。そこでデバイスの設置置場所の光・熱・振動から自力で発電する環境発電が有望視されているが,得られる電力にはムラがあり,さらにデバイスが小型化するほど発電電力は小さくなる。

従って将来的には1µW未満の電力で超省エネに電子制御する技術が求められる。従来の電子制御では「クロック」と呼ばれる一定周波数の信号を用いて回路全体の動作タイミングを制御しており,この方法では必要な時に必要な場所だけ回路を動作させることはできず,消費電力に無駄があった。

これに対して生物の神経回路では,個々の神経細胞(ニューロン)がスパイク信号によって局所的にタイミング信号を生成することで,必要な時に必要な場所だけ動作している。これによって優れた低消費電力性を実現し,生物の限られたリソースの中でも高度な制御を実現している。研究ではこの神経回路の方法を参考に,ニューロン回路を用いて超省エネに電子制御する技術を確立した。

過去にもニューロンの動作を模倣した回路は世界中で設計されてきたが,ここではタイミング制御に特化して余分な機能を徹底排除することによって,1.2pWという世界最小の消費電力で動作するニューロン回路を実現した。

このニューロン回路は所定のタイミングでスパイク信号を出力する。このスパイク信号をメモリ回路と合わせて使用することで,任意のタイミング情報を持つパルスまたはスパイク形状のデジタルパターンを生成することができる。

これを従来のデジタル回路で使われていたクロックの代わりに用いることで,必要な時に必要な場所だけ回路を動作させる、超省エネな電子制御の枠組みを構築した。さらにこのニューロン回路の応用例として,IoTデバイスの標準機能である直流電圧変換を1nW程度の超低消費電力で実現できることを実証した。これは従来の電圧変換回路に比べておよそ2桁低く,電力制限が厳しいIoTデバイスに最適な制御方法だという。

研究グループは,この技術を従来のアナログ・デジタル技術と適材適所に利用することで,限られた電力制限下でも高度な制御・機能が実現できるようになるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 科学大,自動・適応型のOWPTシステムを開発

    東京科学大学の研究グループは,室内などで照明のある明所と,照明のない暗所の両方に対応し,自動的に複数のIoT端末に電力を供給可能な光無線給電(OWPT)システムを開発した(ニュースリリース)。 近年,IoT(Intern…

    2025.11.04
  • 富山大ら,レーザー照射と痛みの関係を分析

    富山大学と帝人ファーマは,ラットの坐骨神経にレーザーを照射することで脊髄後角表層ニューロンが一時的に増加するものの,痛みに伴う逃避反応は引き起こさないことを発見した(ニュースリリース)。 低出力レーザー治療は,痛みの緩和…

    2024.08.02
  • 阪大,土に還るサーマル土壌含水率センサを開発

    大阪大学の研究グループは,紙,天然ワックス,錫など環境に配慮した材料のみで構成された土壌含水率センサの開発に成功した(ニュースリリース)。 これまで生分解性プラスチックなどを用いた環境に優しい電子材料に関する研究は数多く…

    2023.10.18
  • NTTら,貴金属・有害物質のない回路で信号を生成

    日本電信電話(NTT)と東京大学は,低環境負荷な材料のみで構成した電池(低環境負荷電池)と回路(低環境負荷回路)を用いてPoC(Proof of Concept)のためのセンサ・デバイスを作製し,世界で初めて通信信号を生…

    2022.10.12
  • 量研ら,マイクロ波加熱でリチウムを省エネ溶解

    量子科学技術研究開発機構(量研)とマイクロ波化学(MWCC)は,リチウム鉱山で採鉱し選別された実際のリチウム鉱石であるスポジュミン精鉱に省エネ精製技術を適用し,マイクロ波加熱温度300℃で溶解することに成功した(ニュース…

    2022.07.14
  • 理研ら,市販LED照明をX線放射施設で使用可能に

    理化学研究所(理研),高輝度光科学研究センター,量子科学技術研究開発機構は,X線による放射線環境下でLED照明が故障する過程を詳しく調べ,このような特殊環境下においても市販のLED照明を安定に長寿命で使用できる方法を見い…

    2022.07.04
  • NIMSら,IoT機器向け微細化熱電素子を開発

    物質・材料研究機構(NIMS),産業技術総合研究所(産総研),筑波大学は,熱電変換物質の薄膜試料に半導体微細加工を施すことにより,多数のπ接合からなる熱電素子の作製に成功し,IoT機器の駆動に必要な目安となる0.5V以上…

    2022.06.23
  • CROSSら,中性子と超音波でスピン発電の効率解明

    総合科学研究機構(CROSS),新潟大学,日本原子力研究開発機構は,イットリウム鉄ガーネット(YIG)において,スピン・格子結合が100K以上の温度で抑制されることを超音波と中性子を組み合わせた新実験手法により明らかにし…

    2022.03.30

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア