Artikel mit unserer Nase lesen: Eine biologisch inspirierte Lösung für die synthetische molekulare Kommunikation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Vahid Jamali
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440389269

Molekulare Kommunikation (MK) ist ein neues Forschungsgebiet innerhalb der Nachrichtentechnik, wobei Moleküle als Informationsträger verwendet werden. Es wird erwartet, dass MK-Systeme neue revolutionäre Anwendungen ermöglichen, wie zum Beispiel eine intelligente Abgabe von Arzneimitteln in der Medizin oder die Überwachung von Öl-Pipelines und chemischen Reaktoren in industriellen Bereichen. Obwohl es in diesem aufstrebenden Forschungszweig in letzter Zeit einige Fortschritte gab, bleibt die Interferenz, die durch den dispersiven MK-Kanal verursacht wird, eine der maßgeblichen Herausforderungen für den Entwurf von zuverlässigen und hochratigen MK-Systemen. Glücklicherweise hat die Natur im Zuge der Evolution eine Lösung für diese Herausforderung gefunden, welche zum Beispiel im olfaktorischen System der Säugetiere verwendet wird. Die prinzipielle Idee ist die Verwendung 1) einer großen Anzahl verschiedener Signalmolekültypen, so dass die selbe Art von Molekül nicht häufig wiederholt wird und 2) einer einfachen Empfängerarchitektur mit einer kleinen Anzahl verschiedener Rezeptortypen, welche in der Lage sind auch mehrere gleichzeitig vorhandenen Molekültypen zu erkennen. Menschen können zum Beispiel zwischen Tausenden von Chemikalien unterscheiden, obwohl nur wenige Hundert verschiedene Rezeptortypen auf der Naseninnenoberfläche vorhanden sind. Wir bezeichnen solche Systeme als "Small number of Receptors for a Large number of Molecule types (SRLM)"-Systeme. In diesem Projekt schlagen wir vor, das SRLM-Konzept als Grundlage für den Entwurf von synthetischen MK-Systemen zu übernehmen, um Interferenzen effizient zu mindern und hohe Datenraten zu erzielen. Dies ist das erste Projekt weltweit, welches die Anwendung von biologisch inspirierten SRLM-Systemen für synthetische MK untersucht. Im Einzelnen umfasst das vorgeschlagene Projekt die nachrichtentechnische Kanalmodellierung, den Sender- und Empfängerentwurf sowie die Analyse und Simulation der Leistungsfähigkeit von SRLM-Systemen. Es wird erwartet, dass die vorgeschlagenen biologisch inspirierten SRLM-Systeme im Vergleich zu derzeit verfügbaren Lösungen zuverlässiger sind und höhere Datenraten erreichen können und daher das aufstrebende Gebiet der synthetischen MK weiter vorantreiben werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor H. Vincent Poor, Ph.D.