模仿人腦並大幅降低系統功耗的「神經形態電腦」的研究開發正在加速進行。九州工業大學設立了專門的研究基地，正在研究實施神經形態電腦不可或缺的新一代材料等。有望以超高的效率執行人工智慧（AI）等計算所需的龐大計算。
九州工業大學和大阪大學等組成的研究團隊2021年6月宣佈，闡明瞭將石墨烯（片狀碳分子）製成條狀的「石墨烯奈米帶」在一定條件下既能成爲半導體又能成爲金屬的機制。由於石墨烯具備優異的導電性等，因此作爲新一代半導體材料備受期待，九州工業大學的田中啓文教授等人打算將其應用於神經形態。
透過基於碳材料的「備用池」，根據觸覺感測器的資料識別物體（圖片由九州工業大學的田中教授提供）
九州工業大學2020年4月設立了專門的研究基地「神經形態AI硬體研究中心」。建立了不僅是神經形態所需的軟體和半導體元件研究，還能對可顯著提高計算效率的新材料以及機器人安裝等應用開發進行一站式研究的體制。
目前的電腦主要由CPU（中央處理單元）等通用的半導體構成。雖然針對AI提高了效率的專用晶片開發也在進行中，但遠不及據說功耗僅20W的人腦。因此，將神經細胞（神經元）以網狀相連的大腦機制應用於電腦的神經形態受到了關注。
然而，現有的研究主要以軟體和採用硅材料的半導體爲基礎，尚未實施與人腦相媲美的能量效率。
田中教授指出：「透過導入新材料，可將構成AI運算程序的每個節點的功耗進一步降至4000分之1以下」。
該中心除碳材料外，還彙集了聚合體材料、介電質材料、光學器件和自旋電子學等多種新材料的研究人員。據田中教授介紹：「主要是從新材料中提取出可能有用的特性應用於晶片」。將透過反複試錯來開發最適合所需用途的新材料。
目前，九州工業大學正致力於以低功耗處理語音等時間序列資料的「備用池計算」型AI用材料開發。在備用池採用聚合體材料「聚苯胺」的實驗中，成功實施了數位和人名等的話音辨識。在使用碳材料的實驗中，根據機械臂的觸覺感測器獲得的資料識別了毛絨玩具和積木。
九州工業大學曾在人機共同工作的服務機器人世界大會上獲得冠軍等，一直在積極致力於機器人研究。田中教授熱情地表示，透過採用新材料與神經形態融合，「想像漫畫裏的世界那樣，實施一個機器人像家人一樣自然運作的世界」。
新材料或成爲日本恢復存在感的起跳板
| 關於神經形態的研究動向與前景 | |
| 2014年 | 美國IBM開發出全球首個神經形態半導體 |
| 2017年 | 美國英特爾發佈擁有13萬個神經元（神經細胞）的半導體 |
| 2020年 | 英特爾開始透過雲端向外部提供配備該技術的伺服器 |
| ~2030年 | 採用硅的半導體產品的實用化取得進展 |
| ~2040年 | 採用新材料的硬體開發取得進展 |
| 2050年前後 | 具備接近人腦功率效率的產品實施實用化 |
採用硅半導體的「神經形態」已經實施。2014年美國IBM開發出了類比大腦功能的半導體。2017年美國英特爾發佈了擁有13萬個神經元（神經細胞）的半導體，並於2020年開始透過雲端向外部提供配備該產品的系統。
據歐洲調查公司Research and Markets的資料，預計神經形態半導體的全球市場規模到2027年將達到104億美元。有望應用於航空太空和汽車產業等。
新材料備受關注是因爲，遵循半導體性能每18個月～2年提高一倍的「摩爾定律」的半導體電路微細化正在接近物理可用能極限，需要徹底地重新審視硬體。特別是，神經形態以完全不同於現有電腦的機制運行，因此成爲研究並非傳統技術延伸的新材料的契機。
在現有的神經形態研究中，美國明顯處於領先地位，但在今後越來越重要的新材料領域，日本的研究機構和企業也具備競爭力。新材料有望成爲日本在AI領域找回存在感的踏板。
日文：龍元秀明、《日經產業新聞》 ，2021/09/17
中文：JST客觀日本編輯部
