分子コミュニケーション – 生体コミュニケーションネットワークからインスピレーションを得た

前回のブログでは、「光忠実度」 として知られる、データ伝送に LED ライトを使用する光通信の別のカテゴリについて説明しました。このブログでは、分子通信と呼ばれる、通信分野におけるもう 1 つの今後のテクノロジーについて説明します。

これまで、通信の方法や方法では、電磁波と音響波、銅線、光ファイバー、および光ファイバーが利用されてきました。他のコンポーネント。しかし、私たちの多くが知らないコミュニケーション方法がもう 1 つあります。生物学的システムで行われるコミュニケーション。すべての生物学的システムは、分子、細胞、組織、生物、集団、マイクロバイオーム、生態系など、あらゆるレベルで要素が相互に通信するネットワークです。

生物学的システムのこのコミュニケーション方法に関する知識は、これは、分子通信と呼ばれるこの新しい通信技術の発明の基礎です。

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とは分子通信?

分子通信は、ナノスケール通信システムの実際の設計と制御に向けたナノ ネットワーク設計戦略です。これは、ナノ マシン間の短距離 (数十マイクロメートル) での通信メカニズムであり、選択した種類の分子の有無を利用してメッセージをデジタル的にエンコードします。

分子通信は次のような場合に役立ちます。トンネル、パイプライン、または予測不可能な水中環境のネットワーク内での通信。電磁信号の波長に対するアンテナ サイズの比率などの制約があるため、前に述べた環境では電磁通信は困難です。

分子通信は、分子を介して指定された宛先に情報を送信することによって行われます。このテクノロジーは、すでに分子の放出を通信に使用している細胞および細胞内レベルのすべてのメカニズムにおいて優位性を持っています。

動作の基本原理

ナノ ネットワークは相互接続です。ナノマシンのこと。ナノマシンは、生物学的または人工的に作成されたナノスケールのデバイスまたはコンポーネントであり、非常に近い環境での計算、センシング、または作動という非常に単純なタスクのみを実行できます。これらは、より複雑なタスクを実行し、さまざまなローカル情報を共有するために協力するビルディング ブロックのようなものです。 ナノマシンは 2 つのカテゴリに分類できます:

生物学的ナノマシン

人工ナノマシン

分子通信は、送信側ナノマシン、受信側ナノマシン、キャリア分子で構成されます。送信者と受信者は、情報分子を放出および捕捉する機能を備えた生物学的および人工的に作成されたバイオナノマシンです。情報データは通信事業者によって送信者から受信者に転送されます。このシステムのキャリアは、分子モーター、ホルモン、または神経伝達物質です。生物学的システムでは分子コミュニケーションが機能するため、伝達される情報はタンパク質、イオン、または DNA です。環境とは、細胞内および細胞間に存在する水溶液です。

分子コミュニケーションの動作における 5 つの段階は次のとおりです。

エンコーディング

– ソースまたは送信側のバイオ ナノ マシンが情報を情報分子にエンコードし、受信側のバイオ ナノ マシンによって検出されるフェーズです。

送信 – 送信側のバイオナノマシンがこれらの情報分子を環境に放出する段階です。これは、送信側のバイオ ナノ マシンから情報分子の結合を解除することによって行われます。

伝播 – 伝播は、すべての通信テクノロジーに存在する一般的な方法です。伝播は、情報がソースから宛先に移動するフェーズです。これは、情報分子が送信側のバイオ ナノ マシンから媒体を介して受信側のバイオ ナノ マシンに移動する分子通信でも同様です。

受信 – で暗示されているように、つまり、受信側のバイオ ナノ マシンが、バイオ ナノ マシンの環境内を伝播する情報分子を捕捉するフェーズです。

デコード – エンコードとデコードは、コミュニケーション方法の中で最も重要なフェーズ。デコード中の分子通信では、受信側のバイオナノマシンが情報分子を捕捉し、受信した分子をデコードして化学反応を起こします。

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アプリケーション

このコミュニケーションはまったく新しい概念であり、バイオ ナノテクノロジーにおける多くの新しいアプリケーションを可能にする可能性があります。考えられるFのいくつか 分子通信の今後の用途は次のとおりです。

情報技術 – この通信技術は、通信用にバイオナノマシンを統合することで、現在のシリコンベースの電気システムの進歩に役立ちます。 。たとえば、将来的には、血液や汗の形で人体から受け取った生化学信号をオンチップ分析するためのバイオナノマシンがモバイルに搭載される可能性があります。

ドラッグデリバリーシステム > – このようなコミュニケーション技術の最も有望な用途は、医療分野で見られます。分子コミュニケーションは、薬物キャリアを提供するだけでなく、生体系に優しい方法で薬物を送達するメカニズムも提供する可能性があります。バイオ ナノ マシンの送信機を人体に埋め込んで薬物や DNA を放出する可能性があります。

マイクロ電気化学システム – このドメインは、Lab-on- のような小規模システムの開発を目的としています。チップ。 Lab-on-a-chip は、細胞分析や血液診断などの生化学分析と合成操作を小さなチップ上に統合する新興技術です。特定の場所への分子の輸送、2 種類の分子の混合、混合物から特定の種類の分子の分離など、分子の操作などの機能を単一のチップ上で提供します。

環境と製造 – ただし、テストされたシステムはありません。しかし科学者たちは、廃棄物管理、汚染管理、地球温暖化などのさまざまな目的で環境を監視するためにこの技術を使用することを計画しています。彼らは、製造業界でパターンや構造の形成に使用する方法を実験中です。

このテクノロジーは、通信分野におけるまったく新しいパラダイムです。さまざまな分野での積極的な応用について知るために研究が行われています。生物学的でありナノであるため、医療分野でも恩恵を受けることは間違いありません。ナノテクノロジーは未来と切り離せないものであり、分子テクノロジーはナノマシン間の通信に関するものであることは誰もが知っているので、すぐに開発が加速し、それを使用したシステムがすぐに登場するだろうと感じています。

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