Molekulare Kommunikation – inspiriert vom Biological Communication Network

Im vorherigen Blog haben wir über die andere Kategorie der optischen Kommunikation gesprochen, die LED-Leuchten für die Datenübertragung verwendet, bekannt als „Light Fidelity“. In diesem Blog werden wir eine weitere kommende Technologie im Kommunikationsbereich diskutieren, die als Molekulare Kommunikation bezeichnet wird.

Bis heute nutzen die Methoden und Wege der Kommunikation elektromagnetische und akustische Wellen, Kupferdrähte, optische Fasern usw andere Komponenten. Es gibt jedoch noch eine weitere Art der Kommunikation, die viele von uns nicht kennen. Die Kommunikation, die in einem biologischen System stattfindet. Alle biologischen Systeme sind Netzwerke miteinander kommunizierender Elemente auf allen Ebenen: Moleküle, Zellen, Gewebe, Organismen, Populationen, Mikrobiome, Ökosysteme usw.

Das Wissen über diese Kommunikationsmethode biologischer Systeme wurde zum Grundlage für die Erfindung dieser neuen Kommunikationstechnologie namens Molekulare Kommunikation.

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Was ist Molekulare Kommunikation?

Molekulare Kommunikation ist eine Nano-Netzwerk-Designstrategie, die auf den tatsächlichen Entwurf und die Steuerung von Kommunikationssystemen im Nanomaßstab abzielt. Dabei handelt es sich um den Mechanismus zur Kommunikation zwischen den Nanomaschinen über eine kurze Distanz (zig Mikrometer), der die Anwesenheit oder Abwesenheit eines ausgewählten Molekültyps nutzt, um Nachrichten digital zu kodieren.

Die molekulare Kommunikation wäre dabei hilfreich Kommunikation innerhalb von Tunnelnetzen, Pipelines oder unvorhersehbaren Unterwasserumgebungen. Elektromagnetische Kommunikation stellt in den oben genannten Umgebungen aufgrund von Einschränkungen wie dem Verhältnis der Antennengröße zur Wellenlänge des elektromagnetischen Signals eine Herausforderung dar.

Molekulare Kommunikation erfolgt durch die Übertragung von Informationen über Moleküle an das angegebene Ziel. Diese Technologie beherrscht alle Mechanismen auf zellulärer und subzellulärer Ebene und nutzt bereits die Emission von Molekülen zur Kommunikation.

Grundprinzip der Funktionsweise

Das Nano-Netzwerk ist die Verbindung von Nanomaschinen. Nanomaschinen sind biologische oder künstlich hergestellte Geräte oder Komponenten im Nanomaßstab, die in ihrer unmittelbaren Umgebung nur sehr einfache Rechen-, Sensor- oder Betätigungsaufgaben ausführen können. Dabei handelt es sich um Bausteine, die zusammenarbeiten, um komplexere Aufgaben auszuführen und unterschiedliche lokale Informationen auszutauschen. Nanomaschinen können in zwei Kategorien unterteilt werden:

Biologische Nanomaschinen

Künstliche Nanomaschinen

Die molekulare Kommunikation besteht aus Sender-Nanomaschinen, Empfänger-Nanomaschinen und Trägermolekülen , Informationsmoleküle und die Umgebung, in der diese agieren. Die Sender und Empfänger sind biologisch und künstlich geschaffene Bio-Nano-Maschinen, die die Fähigkeit besitzen, die Informationsmoleküle auszusenden und einzufangen. Die Informationsdaten werden von den Trägern vom Sender zum Empfänger übertragen. Träger in diesem System sind molekulare Motoren, Hormone oder Neurotransmitter. Da die molekulare Kommunikation im biologischen System funktioniert, handelt es sich bei den zu transportierenden Informationen um Proteine, Ionen oder DNAs. Die Umgebung ist die wässrige Lösung, die sich innerhalb und zwischen den Zellen befindet.

Die 5 Phasen in der Funktionsweise der molekularen Kommunikation sind wie folgt:

Kodierung – Es ist die Phase, in der die Quelle oder die sendende Bio-Nano-Maschine die Informationen in Informationsmoleküle kodiert, die von der empfangenden Bio-Nano-Maschine erkannt werden.

Senden – Es ist die Phase, in der eine sendende Bio-Nano-Maschine diese Informationsmoleküle in die Umgebung abgibt. Dies geschieht durch die Ablösung der Informationsmoleküle von der sendenden Bio-Nano-Maschine.

Verbreitung – Ausbreitung ist eine gängige Methode, die in allen Kommunikationstechnologien vorhanden ist. Die Ausbreitung ist die Phase, in der die Informationen von der Quelle zum Ziel gelangen. Dies gilt auch für die molekulare Kommunikation, bei der sich die Informationsmoleküle von der sendenden Bio-Nano-Maschine durch das Medium zur empfangenden Bio-Nano-Maschine bewegen.

Empfangen – Wie impliziert Mit anderen Worten, es ist die Phase, in der die empfangende Bio-Nano-Maschine die Informationsmoleküle erfasst, die sich in der Umgebung der Bio-Nano-Maschinen ausbreiten.

Dekodierung – Kodierung und Dekodierung sind die wichtigsten Phasen der Kommunikationsmethoden. Bei der molekularen Kommunikation erfasst die Bio-Nano-Maschine des Empfängers während der Dekodierung die Informationsmoleküle und dekodiert die empfangenen Moleküle in eine chemische Reaktion.

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Anwendungen

Diese Mitteilung ist ein völlig neues Konzept und würde möglicherweise viele neue Anwendungen in der Bionanotechnologie ermöglichen. Einige der möglichen F Zukünftige Anwendungen der molekularen Kommunikation sind:

Informationstechnologie – Diese Kommunikationstechnologie kann dazu beitragen, die aktuellen elektrischen Systeme auf Siliziumbasis voranzutreiben, indem sie die Bio-Nano-Maschinen für die Kommunikation integriert . Beispielsweise könnte das Mobiltelefon in Zukunft über diese Bio-Nano-Maschinen zur On-Chip-Analyse biochemischer Signale verfügen, die vom menschlichen Körper in Form von Blut und Schweiß empfangen werden.

Drug Delivery System – Der vielversprechendste Einsatz einer solchen Kommunikationstechnik wird im medizinischen Bereich gesehen. Durch molekulare Kommunikation können Arzneimittelträger und auch Mechanismen zur Bereitstellung von Arzneimitteln auf eine Weise bereitgestellt werden, die für die biologischen Systeme verträglich ist. Sender von Bio-Nano-Maschinen könnten in den menschlichen Körper implantiert werden, um Medikamente oder DNA auszusenden.

Mikroelektrochemische Systeme – Dieser Bereich zielt auf die Entwicklung kleiner Systeme wie Lab-on- ein Chip. Lab-on-a-Chip ist die neue Technologie, die biochemische Analyse- und Synthesevorgänge wie Zellanalyse und Blutdiagnose auf einem kleinen Chip integriert. Es bietet Funktionen wie die Manipulation von Molekülen auf einem einzelnen Chip, wie den Transport von Molekülen zu bestimmten Orten, das Mischen zweier Molekültypen miteinander und das Trennen eines bestimmten Molekültyps aus einer Mischung.

Umwelt und Herstellung – Allerdings gibt es dafür kein getestetes System. Wissenschaftler planen jedoch, diese Technologie zur Überwachung der Umwelt für verschiedene Zwecke wie Abfallkontrolle, Kontrolle der Umweltverschmutzung, globale Erwärmung usw. einzusetzen. Sie experimentieren sogar mit Möglichkeiten, sie in der Fertigungsindustrie zur Muster- und Strukturbildung einzusetzen.

Diese Technologie ist ein völlig neues Paradigma im Kommunikationsbereich. Es werden Untersuchungen durchgeführt, um mehr über seine positive Anwendung in verschiedenen Bereichen zu erfahren. Die Medizin ist sicher ein Bereich, der davon profitieren wird, da es sowohl biologischer als auch nanoskaliger Natur ist. Da uns allen bewusst ist, dass die Nanotechnologie ein untrennbarer Teil der Zukunft ist und es bei der Molekulartechnologie um die Kommunikation zwischen Nanomaschinen geht, bin ich der Meinung, dass die Entwicklung bald an Fahrt gewinnen wird und wir bald in der Lage sein werden, die Systeme zu sehen, die sie nutzen.

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