Nanorred
Una nanorred o ret a nanoescala és un conjunt de nanomáquinas interconectadas (màquines d'uns pocs centenars de nanómetros o uns pocs micrómetros de tamany), capaços cada una de realisar solament tasques simples com computar, guardar senyes, detectar o actuar.[1][2]
Les nanorredes estenen les capacitats de les nanomáquinas, tant en térmens de ranc d'operacions com de la seua complexitat, en facilitar que les nanomáquinas puguen coordinar-se, compartir informació o fusionar-la. Aixina mateix permeten l'aplicació de nanotecnología en camps com biomedicina, estudis ambientals, tecnologia militar i industrial. El protocol IEEE P1906.1 definix les comunicacions en nanoescala.
Possibilitats de comunicació
Els paradigmes de comunicació clàssics deuen revisar-se per a la seua aplicació a nanoescala. Les dos opcions principals són la comunicació electromagnètica i la comunicació molecular.
Comunicació electromagnètica
Se li definix com a transmissió i recepció de radiació electromagnètica entre components basats en nous nanomaterials.[3] Els alvanços recents en electrònica molecular en el carbono han obert la porta a una nova generació de components electrònics a nanoescala, tals com nanobaterías,[4] sistemes de recollida d'energia en nanoescala,[5] nanomemorias,[6] circuits llògics en nanoescala i inclús nanoantenas.[7][8]
Des de la perspectiva de la comunicació, les propietats úniques observades en els nanomateriales seran les que determinen l'esgambi de banda adequada per a l'emissió de radiació electromagnètica, els rancs temporals o la potència de la senyal emesa.
De manera experimental s'ha demostrat que és possible rebre i demodular una ona electromagnètica per mig d'una nanorradio —un nanotubo de carbono resonant electromecánicamente capaç de decodificar una ona en amplitut o freqüència modulades—.[9] També s'han analisat nanoantenas basades en el grafeno com a potencials emissors de radiació electromagnètica en la banda dels teraherzios.[10]
Comunicació molecular
La comunicació molecular permet enviar informació a través de molècules o atres partícules a escala de nanómetros a micrómetros. Es referix a la comunicació entre partícules biològiques o dispositius diminuts que duen informació a curtes distàncies en mijos acuosos o gaseosos, consistix en l'emissió i recepció de senyals d'informació per mig de molècules biològiques, bio-sintètiques o nano-màquines. La CM posseïx llimitacions com: degradació de les partícules en el mig acuoso durant la propagació i retart de la senyal d'informació rebuda pel moviment browniano de les partícules.
El sistema CM conté tres components: transmissor, receptor i canal.
Transmissor: El transmissor proveïx l'energia necessària per a la generació i almagasenage de partícules i, processa i controla la cantitat, tipo o concentració de les partícules involucrades. Est involucra un mecanisme d'emissió de les partícules al mig quan l'unitat de control li indica el temps de la seua lliberació i a la seua volta realisa la codificació i modulació seleccionada.
Canal: és un ambient acuoso o gaseós a on les partícules diminutes es propaguen. Els mecanismes de propagació proposts són: difusió lliure, difusió pel primer colp, propagació assistida en fluix, propagació assistida per bactèries, propagació neuroquímica, kinesinas sobre microtúbuls, motilidad de microtúbuls sobre kinesinas estacionarias, propagació a través de l'unió de breches, propagació per mig de l'us de motors moleculars, entre uns atres.
Els mecanismes de propagació són classificats per la seua arquitectura:
• Arquitectura basades en el caminar sobre una via específica a través de substàncies portadores.
• Arquitectura basades en el fluix en a on les molècules viagen per difusió sobre un decorregut que és predible en fluix i turbulència.
• Arquitectura basades en difusió en a on les molècules es propaguen a través del seu moviment natural espontàneu de difusió pero que és afectat per turbulències en el decorregut en el que es desplacen.
Receptor: conté sensors o detectors que poden medir la presència o absència d'informació en les partícules que rep i, correcció i detecció d'errors pel retart de turbulència o el choc de les partícules.
Tipos de Modulació
Per a la propagació de molècules o partícules d'informació existixen diferents tècniques de modulació, poden ser amprades per al mapage o representació gràfica entre la molècula en el receptor i el símbol rebut, est pot ser modulat prenent en conte les propietats de la molècula mensager que aplega al receptor per a formar o reconstruir la senyal d'informació. Tipos de modulacions:
• Modulació per Desplaçament de Concentració (CSK): consistix en l'emissió d'un número de molècules d'un mateix tipo que comporten l'informació. En CSK la concentració de la molècula rebuda representa l'amplitut de la senyal, esta pot ser afectada per interferència entre símbols pels excedents de molècules anteriors, retarts en l'arribada de les partícules d'informació i/o reaccions químiques que canvien els nivells de concentració.
• Modulació per Desplaçament de Molècula (MoSK): tècnica en la que s'emeten diferents tipos de molècules que representen l'informació, l'emissió o lliberació de les mateixes depén del símbol a enviar i la detecció en el receptor de la concentració en un interval específic.
• Modulació Basada en el Radi Molecular: tècnica basada en el radi molecular utilisant isòmers com a partícules d'informació, específicament aldohexosas. L'informació es codifica utilisant el radi de les molècules mensager, en el seu esquema més simple requerix l'us de 2 tipos de molècules.
• Modulació per temps transcorregut (Clave-Elapse Communication): esquema per a sistemes de propagació molt llent.
Capacitat del Canal
En un canal de sistema de comunicació en soroll les variables per a medir el seu rendiment són: la taxa d'informació alcanzable que es referix a la mida teòrica de quants bits com a màxim poden ser transmesos pel canal en un temps determinat i la capacitat del canal que és la taxa màxima alcanzable d'informació en bits que pot ser transferit per est.
Aplicacions i modelació de Sistemes de CM
Aplicacions:
• Salut: administració dirigida de fàrmacs, lliberació de medicació adaptativa, monitoreo de salut per mig de l'identificació de substàncies tòxiques, medicina regenerativa per a la reconstrucció de teixits o òrguens danyats, ingenieria genètica per mig de manipulació genètica.
• Aplicacions Ambientals: monitoreo ambiental per a detecció de toxines o contaminants, degradació de materials no desijats o contaminants, detecció de reaccions químiques contaminants per residus no desijats.
• Manufactura: control de calitat per mig de l'identificació de defectes en els productes, construcció precisa de components, integrar nano rets en nous productes.
• Unes atres: monitoreo d'infraestructures, estudi i control del comportament d'animals i plantes, us de nanorrobot per a múltiples àrees.
Ventages de la Comunicació Molecular:
• Factibilidad: sistema senzill d'implementar en curt determini.
• Escala: tamany apropiat per a utilisar nano-màquines.
• Bio-compatibilitat: integració en sistemes vius.
• Eficiència energètica: reaccions bioquímiques d'alta eficiència.
Desventages de la Comunicació Molecular:
• Aleatoriedad: propagació aleatòria de les molècules.
• Retardo: els temps de propagació són molt llarcs comparats en la velocitat de la llum.
• Alcanç o cobertura: algunes tècniques tenen rancs pràctics i curts.
• Fragilitat: els components biològics poden ser sensitivos al seu ambient.
Ferramentes de Simulació
La comunicació molecular requerix d'equips d'alta tecnologia i d'un alt grau de precisió a escala nano en ferramentes de modelació biològica-ingenieril en característiques reals a micro-nano escala per a modelar i verificar o analisar el rendiment dels alvanços plantejats abans de l'experimentació.
Entre els simuladors més rellevants trobem:
• dMCS: simulador de comunicació molecular distribuït basat en arquitectura d'alt nivell.
• NanoNs: és un simulador de nano rets moleculars el qual va ser creat basat en el simulador de rets ns-2.
• N3Sim: simulador per a sistemes de comunicació molecular que permet evaluar el rendiment baix un nivell de concentració específic en múltiples transmissors i receptors.
• MUCIN: simulador basat en MATLAB de sistemes de CM d'extrem a extrem que utilisen sistemes de propagació per difusió del primer colp.
• BNSim: simulador per a sistemes de CM entre bactèries de còdic obert, paralel, estocàstic, i la plataforma de modelació multi-escala que integra diversos algoritmes de simulació, junt en circuits genètics i models via quimio tàctics en un entorn 3D complex.
Referències
- ↑ J. M. Jornet and M. Pierobon«Nanonetworks: A New Frontier in Communications».Communications of the ACM.54
- 84–89.doi:10.1145/2018396.2018417.
- ↑ Nanoscale Communication Networks. Bush, S. F., ISBN 978-1-60807-003-9, Artech House, 2010. [1]
- ↑ C. Rutherglen and P. J. Burke. Nano-Electromagnetics: Circuit and Electromagnetic Properties of Carbon Nanotubes, Small, 5(8), 884–906 (2009)
- ↑ A. E. Curtright, P. J. Bouwman, R. C. Wartane and K. E. Swider-Lyons. Power Sources for Nanotechnology, International Journal of Nanotechnology, Vol. 1, pp. 226–239, 2004.
- ↑ Z. L. Wang, Towards Self-Powered Nanosystems: From Nanogenerators to Nanopiezotronics, Advanced Functional Materials, Vol. 18, pp. 3553–3567, 2008.
- ↑ Bennewitz, R.; Crain, J. N.; Kirakosian, A.; Lin, J.-L.; McChesney, J. L.; Petrovykh, D. Y. & Himpsel, F. J. Atomic scale memory at a silicon surface Nanotechnology, Vol. 13, pp. 499–502, 2002.
- ↑ Peter J. Burke, Shengdong Li, Zhen Yu. Quantitative theory of nanowire and nanotube antenna performance, IEEE Transactions on Nanotechnology Vol. 5 n. 4, pp. 314–334, 2006.
- ↑ Peter J. Burke, Chris Rutherglen, and Zhen Yu. Carbon Nanotube Antennas, in Proc. of SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 6328, 632806-1, 2006 .
- ↑ B. Atakan and O. Akan. Carbon nanotube-based nanoscale ad hoc networks, IEEE Communications Magazine, Vol. 48 , n. 6, pp. 129–135, June 2010.
- ↑ J. M. Jornet and Ian F. Akyildiz. Graphene-based Nano-antennas for Electromagnetic Nanocommunications in the Terahertz Band, in Proc. of EUCAP 2010, Fourth European Conference on Antennas and Propagation, Barcelona, Spain, April 2010.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Nanorred» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.