分子コミュニケーション – 生物学的コミュニケーション ネットワークからヒントを得た

前回のブログでは、「Light Fidelity」 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さまざまな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、通信分野での別の今後の技術について説明します。

これまで、コミュニケーションの方法と方法は、電磁波、音波、銅線、光ファイバー、およびその他のコンポーネントを利用していました。しかし、私たちの多くが知らないコミュニケーションの方法がもう 1 つあります。生物系で起こ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、あらゆるレベルで相互に連絡し合う要素のネットワークです。

生物学的システムのこの通信方法に関する知識は、分子通信と呼ばれるこの新しい通信技術の発明の基礎となりました。

こちらもお読みください: 次の 10 年間の 21 のビッグ テクノロジー – パート 1

分子通信とは

Molecular Communication 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、選択されたタイプの分子の存在または非存在を使用して、メッセージをデジタルでエンコードする短距離 (数十マイクロメートル) のナノ マシン間の通信メカニズムです。

分子通信は、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に役立ちます。前述の環境では、電磁信号の波長に対するアンテナのサイズの比率などの制約があるため、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。この技術は、分子の放出を通信に使用している細胞レベル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に立っています。

作業の基本原則

ナノ ネットワークは、ナノ マシンの相互接続です。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、非常に近い環境で計算、センシング、または作動の非常に単純なタスクのみを実行できます。これらはビルディング ブロックのようなもので、協力して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します。ナノマシンは次の 2 つのカテゴリに分類できます。

1. 生体ナノマシン
2. 人工ナノマシン

分子通信は、送信者ナノマシン、受信者ナノマシン、キャリア分子、情報分子、およびこれらが動作する環境で構成されています。送信者と受信者は、生物学的および人工的に作成されたバイオです。・情報分子を放出・捕獲する能力を持つナノマシン。情報データは、キャリアによって送信者から受信者に移動されます。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。分子通信は生物系で機能するため、伝達される情報はタンパク質、イオン、または DNA です。環境は、細胞内および細胞間で見られる水溶液です。

分子通信の動作における 5 つのフェーズは以下のとおりです:

1. エンコーディング – ソースまたは送信者のバイオ ナノ マシンが情報を情報分子にエンコードし、受信者のバイオ ナノ マシンによって検出されるフェーズです。
2. 送信中 – 送信者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フェーズです.これは、情報分子を送信者のバイオナノマシンから切り離すことによって行われます。
3. 伝播 – 伝播は、すべての通信技術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、情報分子が送信者のバイオ ナノ マシンから媒体を介して受信者のバイオ ナノ マシンに移動する分子通信でも同様です。
4. 受け取り – この言葉が暗示するように、受信側のバイオ ナノ マシンが、バイオ ナノ マシンの環境で伝播する情報分子を捕捉するフェーズです。
5. デコード – 符号化と復号化は、通信方法で最も重要なフェーズです。分子通信では、受信機のバイオ ナノ マシンが情報分子をキャプチャし、受信した分子を化学反応にデコードします。

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 ナノテクノロジーで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。分子通信の可能な将来の用途のいくつかは次のとおりです。

1. 情報技術 –この通信技術は、通信のためにバイオナノマシンを統合することにより、現在のシリコンベースの電気システムを進歩させるのに役立ちます。たとえば、将来的には、血液や汗の形で人体から受信した生化学信号をオンチップで分析するために、これらのバイオ ナノ マシンをモバイルに搭載することができます。

2. 薬物送達システム – このような通信技術の最も有望な用途は、医療分野で見られます。分子通信は、生物学的システムに優しい方法で薬物を送達するための薬物キャリアとメカニズムを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 を放出することができます。

4. マイクロ電気化学システム – このドメインは、Lab-on-a-chip のような小規模システムの開発を目的としています。ラボオンチップは、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に統合する新しい技術です。特定の場所への分子の輸送、2 種類の分子の相互混合、特定の種類の分子の混合物からの分離など、1 つのチップ上での分子の操作などの機能を提供します。
5. 環境と製造 – テスト済みのシステムはありませんが。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、パターンと構造の形成のために製造業でその使用法を見つける方法についても実験しています.

この技術は、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.医療は、生物学的であり、ナノであるという点で、その恩恵を受ける分野です。ナノテクノロジーは未来の不可分な部分であり、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を私たちは皆知っているので、すぐに開発のペースが速くなり、それを使用するシステムをすぐに見ることができると思います.