امکانات و چالشهای استفاده از شبکه های نانویی برای انتقال اطلاعات

نویسندگان: ئاسو شجاعی و مهدی دهقان تخت فولادی یکی از مهم‌ترین مباحث جدید در توسعه شبکه‌های حسگر بی‌سیم، مسئله طراحی معماری، تجهیزات و پروتوکل‌های مخابراتی برای شبکه‌هایی با مقیاس بسیار کوچک و با هدف استفاده در سناریوهای مختلف نظامی، صنعتی و پزشکی است. در این راستا، محققین میان‌رشته‌ای متعددی، در سراسر دنیا، به طراحی و توسعه گستره جدیدی از علم مخابرات، به نام شبکه‌های نانویی مشغول هستند. شبکه‌های نانویی با ایجاد ارتباط متقابل میان نانوماشین‌ها و فراهم کردن ابزاری برای هماهنگی و اشتراک اطلاعات میان آن‌ها، انجام کارهای پیچیده را در مقیاس‌های مولکولی میسر می‌سازند و بشر را قادر می‌سازند که از طریق فرستنده-گیرنده‌های مولکولی، اطلاعات را در قالب سیگنال‌های زیستی بسیار ریز و با مصرف توان و زیست‌سازگاری بیشتر از شبکه‌های کلاسیک و با نرخ بیتی مناسب ارسال و دریافت کند و می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های کلاسیک مخابرات مانند استفاده از امواج الکترومغناطیسی، صوتی یا نوری باشد. با توجه به فاصله‌فرستنده و گیرنده در شبکه‌های نانویی، آن‌ها را به سه دسته نزدیک‌برد (نانومتر تا میکرومتر)، بردمتوسط (میکرومتر تا میلی‌متر) و دوربرد (میلی‌متر تا متر)، تقسیم می‌کنیم. روش‌های نزدیک‌برد، مانند سیگنالینگ یونی و استفاده از موتورها و ریل‌های مولکولی، ارتباط نانوماشین‌ها را در فاصله‌های کوچکتر از میکرومتر فراهم می‌کنند و نقطه ضعف اصلی آن‌ها در هنگامی مشخص می‌شود که با افزایش فاصله بین فرستنده و گیرنده تا حد چند میکرومتر، فرآیند انتقال اطلاعات بسیار کندتر می‌شود. در روش‌های برد متوسط مانند باکتری‌های تاژک‌دار و نانوموتورهای کاتالیستی، می‌توان تبادل اطلاعات را با سرعت بیشتری و در فاصله‌های بیشتر از میکرومتر انجام داد. روش‌های دوربرد ارائه‌شده در این گزارش عبارتند از: فرمون‌ها، گرده‌ها و هاگ‌ها، ورارسانی نوری، اکسون‌ها و شبکه مویرگی، که محتمل‌ترین آن‌ها، ورارسانی نوری است که در آن سیگنال‌های مولکولی به امواج نوری تبدیل می‌شوند. در این پژوهش، سعی بر این است که ضمن معرفی مفصل شبکه‌های نانویی و انواع آن‌ها، بررسی معماری جامعی متشکل از شبکه‌های دوربرد و نزدیک‌برد مولکولی و بحث در مورد مزایا و معایب هر یک از روش‌های بیان‌شده، چالش‌های پیش‌روی این فن‌آوری نوین را مورد بررسی قرار داده و بعضی از زمینه‌های تحقیقات بیشتر برای کارهای آتی را بیان کنیم