模仿人脑并大幅降低系统功耗的“神经形态计算机”的研究开发正在加速进行。九州工业大学设立了专门的研究基地，正在研究实现神经形态计算机不可或缺的新一代材料等。有望以超高的效率执行人工智能（AI）等计算所需的庞大计算。
九州工业大学和大阪大学等组成的研究团队2021年6月宣布，阐明了将石墨烯（片状碳分子）制成条状的“石墨烯纳米带”在一定条件下既能成为半导体又能成为金属的机制。由于石墨烯具备优异的导电性等，因此作为新一代半导体材料备受期待，九州工业大学的田中启文教授等人打算将其应用于神经形态。
通过基于碳材料的“储备池”，根据触觉传感器的数据识别物体（图片由九州工业大学的田中教授提供）
九州工业大学2020年4月设立了专门的研究基地“神经形态AI硬件研究中心”。建立了不仅是神经形态所需的软件和半导体器件研究，还能对可显著提高计算效率的新材料以及机器人安装等应用开发进行一站式研究的体制。
目前的计算机主要由CPU（中央处理器）等通用半导体构成。虽然针对AI提高了效率的专用芯片开发也在进行中，但远不及据说功耗仅20W的人脑。因此，将神经细胞（神经元）以网状相连的大脑机制应用于计算机的神经形态受到了关注。
然而，现有的研究主要以软件和采用硅材料的半导体为基础，尚未实现与人脑相媲美的能源效率。
田中教授指出：“通过导入新材料，可将构成AI运算过程的每个节点的功耗进一步降至4000分之1以下”。
该中心除碳材料外，还汇集了高分子材料、介电体材料、光学器件和自旋电子学等多种新材料的研究人员。据田中教授介绍：“主要是从新材料中提取出可能有用的特性应用于芯片”。将通过反复试错来开发最适合所需用途的新材料。
目前，九州工业大学正致力于以低功耗处理语音等时间序列数据的“储备池计算”型AI用材料开发。在储备池采用高分子材料“聚苯胺”的实验中，成功实现了数字和人名等的语音识别。在使用碳材料的实验中，根据机械臂的触觉传感器获得的数据识别了毛绒玩具和积木。
九州工业大学曾在人机共同工作的服务机器人世界大会上获得冠军等，一直在积极致力于机器人研究。田中教授热情地表示，通过采用新材料与神经形态融合，“想像漫画里的世界那样，实现一个机器人像家人一样自然运作的世界”。
新材料或成为日本恢复存在感的起跳板
| 关于神经形态的研究动向与前景 | |
| 2014年 | 美国IBM开发出全球首个神经形态半导体 |
| 2017年 | 美国英特尔发布拥有13万个神经元（神经细胞）的半导体 |
| 2020年 | 英特尔开始通过云端向外部提供配备该技术的服务器 |
| ~2030年 | 采用硅的半导体产品的实用化取得进展 |
| ~2040年 | 采用新材料的硬件开发取得进展 |
| 2050年前后 | 具备接近人脑功率效率的产品实现实用化 |
采用硅半导体的“神经形态”已经实现。2014年美国IBM开发出了模拟大脑功能的半导体。2017年美国英特尔发布了拥有13万个神经元（神经细胞）的半导体，并于2020年开始通过云端向外部提供配备该产品的系统。
据欧洲调查公司Research and Markets的数据，预计神经形态半导体的全球市场规模到2027年将达到104亿美元。有望应用于航空航天和汽车产业等。
新材料备受关注是因为，遵循半导体性能每18个月～2年提高一倍的“摩尔定律”的半导体电路微细化正在接近物理极限，需要彻底地重新审视硬件。特别是，神经形态以完全不同于现有计算机的机制运行，因此成为研究并非传统技术延伸的新材料的契机。
在现有的神经形态研究中，美国明显处于领先地位，但在今后越来越重要的新材料领域，日本的研究机构和企业也具备竞争力。新材料有望成为日本在AI领域找回存在感的踏板。
日文：龙元秀明、《日经产业新闻》 ，2021/09/17
中文：JST客观日本编辑部
