ナノモルフィックセル

ナノモルフィックセル^[1]は、内部エネルギー供給、感知、作動、計算、通信という5つの主要機能を備えた、原子レベルで統合された自立型マイクロシステムの概念です。原子レベルの統合により、マイクロシステムの単位体積あたりの機能性が究極的に向上します。ナノモルフィックセルの抽象化により、チューリングマシンとカルノーエンジンがそれぞれ情報処理と熱エンジンの限界研究をサポートするのと同じように、ナノスケールシステムの達成可能なパフォーマンスの基本的な限界を分析できます。

ナノモルフィックセルのコンセプトは、半導体デバイスのスケーリングと相乗効果を生むトレンド、すなわち、これらのコアテクノロジーを多様な統合システムアプリケーションに使用するというトレンドに触発されたものです。このトレンドは機能多様化と呼ばれ、センサー、アクチュエーター、エネルギー源などの非CMOSデバイスと従来のCMOSおよびその他の新しい情報処理デバイスとの統合が特徴です。多機能マイクロシステムは、そのアーキテクチャが特定のアプリケーションと体積システムパラメータの基本的な制限によって定義されるため、モルフィック（文字通りの形状を意味する）になります。 ^[2]

ナノモルフィック細胞モデルは、生体細胞と同程度の大きさ、すなわち一辺が 10 マイクロメートルの立方体 [1, 2] の自律統合マイクロシステムの機能を分析するために適用されました。このマイクロシステムの機能は、たとえば体内に注入されると生体細胞と相互作用し、たとえば細胞の状態を判断し、特定の「治療」アクションをサポートすることです。生体細胞に関するデータを収集し、そのデータを分析し、生体細胞の状態を判断する機能が必要です。また、外部の制御エージェントと通信し、場合によっては修正アクションを実行する必要があります。このような細胞には、独自のエネルギー源、センサー、コンピューター、通信デバイスが必要であり、それらのデバイスは、意図されたナノモルフィック細胞機能によって構造が決定される完全なシステムに統合されます。ナノモルフィックセルは、WIMS（ワイヤレス統合マイクロシステム）^[3] 、 PicoNode ^[4] 、 Lab-on-a-Pill ^[5]、Smartdust ^[6]など、一般的に自律マイクロシステムとして知られているシステムのクラスの極端な例と考えることができます。