Connecting in-body nano communication with body area networks (NaBoCom III)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Falko Dressler; Professor Dr. Stefan Fischer
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419981515

In-Body Nanokommunikation entwickelt sich zu einem relevanten Forschungsgebiet. Dennoch stellen Nanonetzwerke innerhalb des Körpers, die aus Nanogeräten aufgebaut sind, eine neue und faszinierende Forschungsrichtung dar, die weit über Sensornetzwerke hinausgeht. Die Vision ist, dass Nanogeräte (Geräte im Nanomaßstab) im Körper patrouillieren, Messungen vornehmen, wo immer es nötig ist, und die gesammelten Daten nach außen weitergeben. Noch besser wäre es, wenn diese Geräte bei Problemen, die sie im Körper entdecken, wie Krebszellen, Arteriosklerose oder HI-Viren, sofort eingreifen könnten. All dies trägt dazu bei, das ultimative Ziel der Nanonetzwerkforschung zu erreichen: medizinische Anwendungen, die eine frühzeitige Erkennung und Eindämmung von Krankheiten ermöglichen. Die Präzisionsmedizin stellt einen Paradigmenwechsel in der Medizin dar, weg vom traditionellen, sehr allgemein gehaltenen Ansatz zur Behandlung einer Krankheit hin zu einer Strategie für die Vorbeugung, Diagnose und Therapie von Krankheiten auf der Grundlage der einzigartigen Merkmale einer Person. Nanotechnologien werden mehr und mehr als wichtiger Bestandteil der Umsetzung angesehen, obwohl vernetzte Nanosensoren hier noch kaum diskutiert werden. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die weitere Erforschung grundlegender Grenzen und neuer Erkenntnisse darüber, wie In-Body-Nanonetzwerke mit Body-Area-Netzen verbunden werden kann, um eine Grundlage für eine Vielzahl solcher integrierter Anwendungen der Präzisionsmedizin zu schaffen. Es ist auf einen Zeitraum von sechs Jahren angelegt. Um den Weg zu dieser Vision zu ebnen, konzentrierten wir uns in den ersten 4 Jahren auf eine allgemeine Architektur für solche Systeme. Wir haben verschiedene Kommunikationsaspekte von In-Body-Nanonetzwerken untersucht, ins- besondere die Kanalcharakterisierung für die Nano-Kommunikation über kurze Entfernungen, den Informationsfluss durch das menschliche Kreislaufsystem und die Lokalisierung von Nanosystemen im Körper. Diese Themen werden durch weitere Arbeiten zur integrierten simulationsbasierten Leistungsbewertung unterstützt. Darüber hinaus haben wir erste Kooperationen mit KollegInnen aus der Medizin und den Biowissenschaften initiiert. In diesem letzten 24-monatigen Förderzeitraum wollen wir In-Body-Monitoring, Berechnung und Lokalisierung zusammenführen. Auf der Grundlage unserer bisherigen Arbeiten werden wir die entwickelten Modelle verfeinern, um sowohl in der Simulation als auch in unseren analytischen Markov-Modellen klar zwischen Biomarkern und Nanobots zu unterscheiden. In Verbindung mit dem Konzept der DNA-basierten Berechnungs- und Lokalisierungstechniken wird diese Forschung eine Verallgemeinerung unserer Erkenntnisse ermöglichen. In enger Zusammenarbeit mit den Biowissenschaften werden wir Wege aufzeigen, wie die untersuchten Nanonetzwerke als relevanter Baustein für Anwendungen der Präzisionsmedizin der nächsten Generation beitragen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen