Von der Natur lernen: Energiegewinnung und Intersymbol-Interferenzmitigation mittels Wiederaufnahme von informationstragenden Molekülen in diffusionsbasierten Molekularen Kommunikationssystemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Robert Schober
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386974524

Die inhärente Dispersivität von Diffusion verursacht in Molekularen Kommunikationssystemen Intersymbol-Interferenzen, was eine große Herausforderung beim Entwurf solcher Systeme darstellt. Für natürliche diffusionsbasierte Molekulare Kommunikationssysteme hat die Natur Lösungen für dieses Problem entwickelt. Eine interessante Lösung findet man in chemischen Synapsen, wo informationstragende Moleküle vom präsynaptischen Neuron wieder aufgenommen und somit aus dem synaptischen Spalt entfernt werden. Dies kann man als eine Art Energiegewinnung ("Energy Harvesting") deuten, da die absorbierten Moleküle teilweise in zukünftige Molekülemissionen einfließen. In dopaminergen Synapsen wird der Absorptionsprozess vom Dopamin-Transporterprotein (DAT) kontrolliert und stellt den wichtigsten Regulierungsmechanismus für die Dopamin-Neurotransmitter-Moleküle in der Synapse dar. Die Bedeutung dieses Prozesses wird anhand der zahlreichen Krankheiten, die auf eine Fehlregulierung diese Transportmechanismus zurückzuführen sind, deutlich. Vor diesem Hintergrund sind die wichtigsten Ziele dieses Projekts die Erforschung der makroskopischen Effekte von Molekülwiederaufnahme im Hinblick auf Intersymbol-Interferenz-Mitigation und Energiegewinnung in synthetischen und natürlichen diffusionsbasierten Molekularen Kommunikationssystemen. Obwohl die entwickelten Konzepte und Analysen so allgemeingültig wie möglich gehalten werden sollen, wird dem Dopamin/DAT-System, wegen seiner physiologischen Bedeutung und der Vielzahl von verfügbaren experimentellen Studien, die zur Verifizierung der entwickelten Modelle und Resultate verwendet werden können, besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts zu einem besseren Verständnis des Einflusses von Molekülwiederaufnahme in natürlichen diffusionsbasierten Molekularen Kommunikationssystemen und zu neuen Entwurfsoptionen für synthetische diffusionsbasierte Molekulare Kommunikationssysteme führen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen