Transcript 分子プログラミング －分子レベルの情報処理機構の設計論－

分子プログラミング
－分子レベルの情報処理機構の設計論－
平成13年6月5日
ヒアリング出席者
申請代表者
計画班代表者
計画班代表者
東京大学
東京大学
東京工業大学
萩谷昌己
陶山明
山村雅幸
目次
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分子計算とは
分子計算をとりまく状況
分子プログラミング
設計論のための３つの切り口
計画研究の組織と関連
計画研究の内容
期待される成果とその意義
2
分子計算とは
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生体分子＝情報処理装置
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化学反応の自律的制御 → 自身にコード化
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微小性、省エネルギー性
超並列性、浮遊性
分子による直接入出力
分子計算
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潜在的計算能力の理学的解明
新しい計算機能の工学的実現
3
分子計算をとりまく状況
DNA WS
(日) 未来開拓
(欧) LCNC
(米) DARPA-NSF
９４ Adleman: DNA計算
９５
９６
９７
９８
９９
００
０１
０２
Sci.|Nat. 特別セッション
Princeton (9)
Princeton (23)
U.Penn. (4/28)
U.Penn. (2/29)
MIT
(4/25)
Leiden (3/21)
Tampa (6/30)
札幌
3
5
1
1
2
2
1/4
PSB
GECCO, CEC
GECCO, CEC
CEC
4
分子プログラミング
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分子計算のシステマティックな設計論
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基礎分野へのフィードバック
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プログラミング＝分子や化学反応を設計する過程
新しい情報処理パラダイムの構築
生命科学・微小科学への計算概念の移転
関連応用分野への展開
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バイオテクノロジー、医療応用
ナノテクノロジー、分子エレクトロニクス
タンパク工学、ドラッグデザイン
5
設計論のための３つの切り口
進化
（設計方法論）
高信頼性
（計算過程）
バイオテクノロジー
医療応用
自己組織化
（計算原理）
タンパク工学
ドラッグデザイン
ナノテクノロジー
分子エレクトロニクス
6
計画研究の組織と関連
横森
近似
大内
高信頼性
陶山
抽象分子計算系
（解析→設計）
山下
自律
萩谷
分散
山村
自己組織化
岩崎
分子計算系
（解析→設計→実現）
進化
伏見
応用分子計算系
（設計→実現）
7
抽象分子計算系
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横森班（早大）
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構造的分子計算理論－自律的計算系の解析と設計
のための基礎理論－
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アルゴリズム論・計算論的側面からの解析・設計論
基本計算ユニットの集合による近似計算の基礎原理
山下班（九大）
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自律的分散型計算としての分子計算
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自律分散型システム的側面からの解析・設計論
セキュアでないインタラクションを持つ多数エージェントによる
分散問題解決
8
分子計算系
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大内班（北大）
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パラメータ制御方式による分子計算
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萩谷班（東大）
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形態変化する分子を用いた並列計算と分散計算
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集団による近似計算の信頼性の側面からの接近
最適反応条件、有望解の局所探索を含む計算
分子の形態変化・自己組織化を計算原理とする接近
膜計算・アモルファスコンピューティングの実現
山村班（東工大）
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ナチュラルコンピューティングの分子実現とその設計論
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進化計算・焼きなまし法を設計方法論とする接近
ウエットTDGAによるaaRSの基質改変をテストベッド
9
応用分子計算系
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陶山班（東大）
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DNAコンピュータによる生体情報の解析アルゴリズム
とその実装
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岩崎班（阪大）
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分子プログラミングのナノテクノロジーへの応用
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分子による直接入出力を利用したバイオ応用
DNAコンピュータ用プログラム言語、アルゴリズム
AFMとDNA会合を利用したナノテク応用
自律的微細パターン形成
伏見班（埼大）
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分子プログラミングとしての分子進化の進化分子工学
による分析と構成
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進化計算を利用したタンパク工学応用
生体高分子の進化および進化能の進化の解明
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期待される成果とその意義
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理論
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高信頼性
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最終収率99%の反応条件、容量1Kbitsの分子メモリ
OS・コンパイラを完備した分子計算機の実現
自己組織化
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NP完全にかわる分子計算の複雑性理論の展開
巨大分散システムにおける自律性の発生原理
アモルファス計算による新しいナノロボティクス
DNA単分子による超集積回路のパターン配線
進化
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ウエットTDGAによる新機能タンパク質の進化
タンパク分子進化における適応度地形全景描写
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形式言語論
計算論
８７
・
・
・
９４
９５
９６
９７
９８
９９
００
０１
分子計算マップ
Head
NP問題の
超並列解法
Adleman
Paun
Lipton
横森
Kari
Freund
分子計算系
応用分子計算系
Winfree
配列設計
小林
化学反応
シミュレーション
西川 自動化
Paun
抽象分子計算系
自己組織化
自己組立て
榊原
陶山
自律計算
萩谷
Reif
分子機械 分子進化
坂本
Turberfield
陶山
McCaskill
Ableson
横森 大内 陶山
Seeman
岩崎
Wood
生物
伏見
統計物理
自律分散
システム
Weiss
萩谷 岩崎 山村 伏見 山下
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