Synchronisierung im Nanomaßstab zur Ermöglichung von Kommunikationsnetzwerken in molekularen Kommunikationskanälen

• Antragsteller: Dr. Jorge Torres Gomez
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558331552

Die aktuelle Forschung auf dem Gebiet der molekularen Kommunikation und Nanonetzwerke verspricht neue Möglichkeiten für die Frühdiagnose und Behandlung von Krankheiten im menschlichen Körper. Das Konzept sieht vor, dass Nanogeräte, die in menschliche Gefäße injiziert werden, potenzielle Krankheiten erkennen und auslöschen können, bevor Symptome auftreten. Einzelne Nanogeräte haben jedoch nur begrenzte Ressourcen und müssen sich zu Clustern zusammenschließen, um effektiv zu funktionieren. Diese Cluster ermöglichen koordinierte Aktionen, wie z.B. die gezielte Abgabe von Medikamenten, die zeitabhängig sind und aktuelle Informationen für rechtzeitige Aktionen erfordern. Eine wirksame Clusterbildung hängt von den Kommunikationsfähigkeiten innerhalb von Nanonetzwerken zur Koordinierung von Aufgaben ab. Die Synchronisierung ist entscheidend, um die Uhren der Empfänger-Nanogeräte mit den Uhren der Sender abzugleichen und die Informationen genau zu dekodieren. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung von ynchronisationsmechanismen, um eine Kommunikationsverbindung zwischen Nanogeräten in menschlichen Gefäßen zu ermöglichen. Die Synchronisierung ist auf grund der zufälligen Positionen der Nanogeräte im Blutkreislauf eine Herausforderung. Trotz ihrer Bedeutung bleibt dieses Problem bislang ungelöst; in der Literatur werden drei Hauptansätze für die Synchronisierung genannt: pulsgestützte Synchronisierungsprotokolle, präambelbasierte Symbolsynchronisierung und bioinspirierte Taktsynchronisierungsmechanismen. Diese Methoden müssen jedoch an die dynamische und begrenzte Umgebung von menschlichen Gefäßen angepasst werden. Dieser Vorschlag zielt darauf ab, bekannte Synchronisationsmechanismen für Nanogeräte in der dynamischen Umgebung des Blutflusses anzupassen und abzustimmen. Zu unseren Zielen gehören die Entwicklung eines realistischen Modells für das Sende-Empfangs-Schema in menschlichen Gefäßen, die Optimierung der in der Literatur beschriebenen Synchronisationsmechanismen für diese spezielle Umgebung und die Entwicklung einer Methodik zur Bewertung der Präambelsequenz und der Datenpaketlänge. Die Methodik umfasst die Integration bestehender Modelle für die Mobilität von Nanogeräten, Synchronisationsmechanismen und Sende-/Empfangsverfahren. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines molekularen Kommunikationskanals zwischen Nanogeräten in menschlichen Gefäßen. Zu den erwarteten Ergebnissen gehören zuverlässige Synchronisationsmethoden, eine Bewertung der Auswirkungen der Synchronisation auf die Kommunikationsleistung und eine Methodik zur optimalen Berechnung der Synchronisationsparameter. Durch die Entwicklung robuster Synchronisationsmechanismen soll dieses Projekt die Realisierung effektiver Nanonetzwerke ermöglichen und die Fähigkeiten von Nanogeräten für die Frühdiagnose und -behandlung verbessern. Sie wird daher eine relevant Komponente für den Fortschritt der Präzisionsmedizin sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen