(PhysOrg.com) -- Denk je dat de toekomst van communicatie 4G is? Denk nog eens na. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology werken aan communicatieoplossingen voor netwerken die zo futuristisch zijn dat ze nog niet eens bestaan.

Het team onderzoekt hoe apparaten een miljoen keer kleiner dan de lengte van een mier met elkaar kunnen communiceren om nanonetwerken te vormen. En ze gebruiken een andere kijk op 'cellulaire' communicatie - namelijk hoe bacteriën met elkaar communiceren - om een ​​oplossing te vinden.

Georgia Tech hoogleraar elektrische en computertechniek Ian Akyildiz en zijn onderzoeksteam - Faramarz Fekri, hoogleraar elektrische en computertechniek; Craig Bos, assistent-professor werktuigbouwkunde; Brian Hamer, assistent-professor biologie; en Raghupathy Sivakumar, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek - ontvingen onlangs een subsidie ​​van $ 3 miljoen van de National Science Foundation voor het project.

In de komende vier jaar zal het team zal bestuderen hoe bacteriën op moleculair niveau met elkaar communiceren om te zien of dezelfde principes kunnen worden toegepast op hoe nanodevices ooit zullen communiceren om nanoschaalnetwerken te vormen.

Als het team succesvol is, de toepassingen voor intelligente, communicatieve nanonetwerken kunnen veelomvattend zijn en mogelijk levensveranderend zijn.

"De machines op nanoschaal kunnen mogelijk in het bloed worden geïnjecteerd, circuleren in het lichaam om virussen te detecteren, bacteriën en tumoren, " zei Akyildiz, hoofdonderzoeker van het onderzoek. “Al deze ziekten – kanker, suikerziekte, Alzheimer, astma, wat je maar kunt bedenken - ze zullen door de jaren heen geschiedenis zijn. En dat is nog maar één toepassing.”

Nanotechnologie is de studie van het manipuleren van materie op atomaire en moleculaire schaal, waar unieke fenomenen nieuwe toepassingen mogelijk maken die niet haalbaar zijn bij het werken met bulkmaterialen of zelfs enkele atomen of moleculen. Over het algemeen, nanotechnologie houdt zich bezig met het ontwikkelen van materialen, apparaten of structuren met ten minste één afmeting van 1 tot 100 nanometer. Een nanometer is een miljardste van een meter.

De meeste apparaten op nanoschaal die momenteel bestaan, zijn primitief, Akyildiz zei, maar met communicatie zouden de apparaten kunnen samenwerken en een collectieve intelligentie hebben.

Dat is de vraag waarmee onderzoekers zich bezighouden:hoe zouden zulke nanonetwerken communiceren? Door hun grootte, klassieke communicatieoplossingen zullen niet werken. Het team richt zijn aandacht op de natuur voor inspiratie.

“We realiseerden ons dat de natuur al deze nanomachines heeft. Menselijke cellen zijn perfecte voorbeelden van nanomachines en hetzelfde geldt voor bacteriën, ' zei Akyildiz. “En zo, de beste gok voor ons is om naar het gedrag van bacteriën te kijken en te leren hoe bacteriën communiceren en die natuurlijke oplossingen te gebruiken om oplossingen te ontwikkelen voor toekomstige communicatieproblemen.”

Bacteriën gebruiken chemische signalen om met elkaar te communiceren via een proces dat quorum sensing wordt genoemd. waardoor een populatie van eencellige microben kan werken als een meercellig organisme. Oorspronkelijk enkele decennia geleden ontdekt in ongewone bioluminescente mariene bacteriën, men gelooft nu dat alle bacteriën met elkaar "praten" met chemische signalen.

Microbiologen beginnen de "talen" te leren die bacteriën spreken en welke activiteiten worden gecontroleerd door deze cellulaire communicatie. Veel ziekteverwekkende pathogene bacteriën gebruiken quorum sensing om hun toxines en andere factoren tegen een gastheer in te schakelen. Mogelijke therapieën worden momenteel ontwikkeld door sommige onderzoekers die zijn ontworpen om quorumwaarneming door infectieuze bacteriën te verstoren.

“Een enkele pathogene bacterie in je lichaam zal je waarschijnlijk niet doden, " zei Hamer, een microbiële geneticus. “Maar aangezien ze communiceren, de hele groep orkestreert dit gecoördineerde gedrag met behulp van chemische communicatie en het eindresultaat is dat ze als een groep werken om hun gastheer te doden. Kunnen we diezelfde informatie dus op een positieve manier gebruiken door de grenzen van de communicatie te benutten en te begrijpen?”

Georgia Tech-onderzoekers Hammer en Forest zullen zich concentreren op experimenten om de elementen van bacteriële communicatie beter te begrijpen, en werk vervolgens samen met de elektrotechnische en computertechnische experts in het team om hun bevindingen te vertalen naar een mogelijk communicatiemodel voor nanonetwerken.

“Dit is echt revolutionair onderzoek, ' zei Fekri, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek. “Niemand heeft eerder naar deze problemen gekeken. We hebben te maken met de grote uitdagingen. Het zal veel talent en hard werken vergen om ze aan te pakken.”

Het project zal naar verwachting de weg vrijmaken voor onderzoek naar communicatie op nanoschaal. Het toepassingsgebied van nanonetwerken is ongelooflijk breed, van intra-lichaamsnetwerken voor gezondheidsmonitoring, kankerdetectie of medicijnafgifte aan chemische en biologische aanvalspreventiesystemen.

Aan het einde van vier jaar, het team hoopt de fundamentele en fundamentele onderliggende theorieën voor communicatie van nanodevices te demonstreren. Ze hopen ook een simulatietool te ontwikkelen die het publiek kan gebruiken om te zien hoe machines de communicatie van bacteriën kunnen nabootsen, wat hopelijk andere onderzoekers zal aantrekken om dit gebied verder te onderzoeken.

“Bestaande paradigma's voor netwerkprotocollen en algoritmen zijn niet meer van toepassing. Dit gaat verder dan de grenzen van netwerkonderzoek, ', zei Sivakumar. "Het is echt iets dat dingen zou kunnen veranderen en niemand heeft dit eerder gedaan."

Een grote kracht van het Georgia Tech onderzoeksteam is het interdisciplinaire karakter.

“We zijn verheugd om wetenschap en techniek te combineren, evenals onze respectievelijke toolsets, of het nu gaat om genetische manipulatie, genetische detectie of netwerkcommunicatietheorie om dit probleem op systeemniveau aan te pakken - deze grote uitdaging in nanotechnologie, ’ zei Bos, een expert in biomedische technologie.