Una nanored o red a nanoescala es un conjunto de nanomáquinas interconectadas (dispositivos de unos pocos cientos de nanómetros o unos pocos micrómetros como máximo en tamaño) que pueden realizar solo tareas muy simples, como computación , almacenamiento de datos , detección y actuación. [1] [2] Se espera que las nanorredes amplíen las capacidades de las nanomáquinas individuales tanto en términos de complejidad como de rango de operación al permitirles coordinar, compartir y fusionar información. Las nanorredes permiten nuevas aplicaciones de la nanotecnología en el campo biomédico , la investigación ambiental , la tecnología militar y las aplicaciones industriales y de bienes de consumo . La comunicación a nanoescala se define en IEEE P1906.1 .
Enfoques de comunicación
Los paradigmas de comunicación clásicos deben revisarse para la nanoescala. Las dos alternativas principales para la comunicación en la nanoescala se basan en la comunicación electromagnética o en la comunicación molecular.
Electromagnético
Esto se define como la transmisión y recepción de radiación electromagnética de componentes basados en nuevos nanomateriales . [3] Los avances recientes en electrónica molecular y de carbono han abierto la puerta a una nueva generación de componentes electrónicos a nanoescala como nanobaterías , [4] sistemas de recolección de energía a nanoescala , [5] nanomemorias, [6] circuitos lógicos a nanoescala e incluso nanoantenas. [7] [8] Desde una perspectiva de comunicación, las propiedades únicas observadas en los nanomateriales decidirán los anchos de banda específicos para la emisión de radiación electromagnética, el desfase temporal de la emisión o la magnitud de la potencia emitida para una energía de entrada dada, entre otros.
Hasta el momento se han planteado dos alternativas principales para la comunicación electromagnética en la nanoescala. En primer lugar, se ha demostrado experimentalmente que es posible recibir y demodular una onda electromagnética mediante una nanoradio , es decir, un nanotubo de carbono con resonancia electromecánica que es capaz de decodificar una onda modulada en amplitud o frecuencia. [9] En segundo lugar, se han analizado nanoantenas basadas en grafeno como posibles radiadores electromagnéticos en la banda de los terahercios . [10]
Molecular
La comunicación molecular se define como la transmisión y recepción de información por medio de moléculas. [11] Las diferentes técnicas de comunicación molecular se pueden clasificar según el tipo de propagación de la molécula en comunicación basada en walkaway, basada en flujo o basada en difusión.
En la comunicación molecular basada en pasarelas , las moléculas se propagan a través de vías predefinidas mediante el uso de sustancias portadoras, como motores moleculares . [12] Este tipo de comunicación molecular también se puede lograr utilizando bacterias E. coli como quimiotaxis . [13]
En la comunicación molecular basada en flujo , las moléculas se propagan por difusión en un medio fluídico cuyo flujo y turbulencia son guiados y predecibles. La comunicación hormonal a través de los torrentes sanguíneos dentro del cuerpo humano es un ejemplo de este tipo de propagación. La propagación basada en flujo también puede realizarse mediante el uso de entidades portadoras cuyo movimiento puede restringirse en promedio a lo largo de trayectorias específicas, a pesar de mostrar un componente aleatorio. Un buen ejemplo de este caso lo dan las comunicaciones moleculares de largo alcance mediante feromonas . [14]
En la comunicación molecular basada en la difusión , las moléculas se propagan mediante difusión espontánea en un medio fluídico. En este caso, las moléculas pueden estar sujetas únicamente a las leyes de la difusión o también pueden verse afectadas por la turbulencia impredecible presente en el medio fluídico. La comunicación feromonal, cuando las feromonas se liberan en un medio fluídico, como el aire o el agua, es un ejemplo de arquitectura basada en la difusión. Otros ejemplos de este tipo de transporte incluyen la señalización de calcio entre células [15] , así como la detección de quórum entre bacterias [16] .
Basándose en la teoría macroscópica [17] de difusión ideal (libre), la respuesta al impulso de un canal de comunicación molecular unicast se informó en un artículo [18] que identificó que la respuesta al impulso del canal de comunicación molecular basado en difusión ideal experimenta dispersión temporal. Dicha dispersión temporal tiene un profundo impacto en el rendimiento del sistema, por ejemplo en la creación de la interferencia entre símbolos (ISI) en la nanomáquina receptora. [19] Para detectar la señal molecular codificada por concentración, se han propuesto dos métodos de detección denominados detección basada en muestreo (SD) y detección basada en energía (ED). [20] Mientras que el enfoque SD se basa en la amplitud de concentración de una sola muestra tomada en un instante de tiempo adecuado durante la duración del símbolo, el enfoque ED se basa en el número total acumulado de moléculas recibidas durante toda la duración del símbolo. Para reducir el impacto de la ISI, se ha analizado un esquema de comunicación molecular basado en ancho de pulso controlado. [21] El trabajo presentado en [22] mostró que es posible realizar una modulación de amplitud de múltiples niveles basada en la difusión ideal. También se ha investigado un estudio exhaustivo del sistema de comunicación molecular codificado por concentración basado en pulsos binarios [23] y sinusoidales [24] [25] [26] [27] .
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Enlaces externos
Las mejores lecturas de la IEEE Communications Society sobre redes de comunicación a nanoescala
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Redes a nanoescala en la industria
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