Nanored

Una nanored o red a nanoescala es un conjunto de nanomáquinas interconectadas (dispositivos de unos pocos cientos de nanómetros o unos pocos micrómetros de tamaño como máximo), que solo pueden realizar tareas muy simples como computación, almacenamiento de datos, detección y actuación. Se espera que las nanoredes amplíen las capacidades de las nanomáquinas individuales tanto en términos de complejidad como de rango de operación al permitirles coordinar, compartir y fusionar información. Las nanoredes permiten nuevas aplicaciones de la nanotecnología en el campo biomédico, la investigación ambiental, la tecnología militar y las aplicaciones industriales y de bienes de consumo. La comunicación a nanoescala se define en IEEE P1906.1.

Enfoques de comunicación

Los paradigmas de la comunicación clásica necesitan ser revisados ​​para la nanoescala. Las dos principales alternativas de comunicación en la nanoescala se basan en la comunicación electromagnética o en la comunicación molecular.

Electromagnético

Se define como la transmisión y recepción de radiación electromagnética de componentes basados ​​en nanomateriales novedosos. Los avances recientes en el carbono y la electrónica molecular han abierto la puerta a una nueva generación de componentes electrónicos a nanoescala, como nanobaterías, sistemas de recolección de energía a nanoescala, nanomemorias, circuitos lógicos a nanoescala e incluso nanoantenas. Desde una perspectiva de comunicación, las propiedades únicas observadas en los nanomateriales decidirán los anchos de banda específicos para la emisión de radiación electromagnética, el tiempo de emisión o la magnitud de la potencia emitida para una energía de entrada dada, entre otros.

Por el momento, se han previsto dos alternativas principales para la comunicación electromagnética en la nanoescala. En primer lugar, se ha demostrado experimentalmente que es posible recibir y demodular una onda electromagnética mediante un nanoradio, es decir, un nanotubo de carbono electromecánicamente resonante capaz de decodificar una onda modulada en amplitud o frecuencia. En segundo lugar, las nanoantenas basadas en grafeno se han analizado como posibles radiadores electromagnéticos en la banda de terahercios.

Molecular

La comunicación molecular se define como la transmisión y recepción de información por medio de moléculas. Las diferentes técnicas de comunicación molecular se pueden clasificar según el tipo de propagación de la molécula en comunicación basada en walkaway, basada en flujo o basada en difusión.

En la comunicación molecular basada en pasarelas, las moléculas se propagan a través de vías predefinidas mediante el uso de sustancias transportadoras, como motores moleculares. Este tipo de comunicación molecular también se puede lograr mediante el uso de bacterias E. coli como quimiotaxis.

En la comunicación molecular basada en el flujo, las moléculas se propagan por difusión en un medio fluídico cuyo flujo y turbulencia son guiados y predecibles. La comunicación hormonal a través del torrente sanguíneo dentro del cuerpo humano es un ejemplo de este tipo de propagación. La propagación basada en el flujo también se puede realizar mediante el uso de entidades portadoras cuyo movimiento se puede restringir en promedio a lo largo de rutas específicas, a pesar de mostrar un componente aleatorio. Un buen ejemplo de este caso lo dan las comunicaciones moleculares feromonas de largo alcance.

En la comunicación molecular basada en la difusión, las moléculas se propagan a través de la difusión espontánea en un medio fluídico. En este caso, las moléculas pueden estar sujetas únicamente a las leyes de la difusión o también pueden verse afectadas por turbulencias no predecibles presentes en el medio fluídico. La comunicación feromonal, cuando las feromonas se liberan en un medio fluídico, como el aire o el agua, es un ejemplo de arquitectura basada en la difusión. Otros ejemplos de este tipo de transporte incluyen la señalización de calcio entre las células, así como la detección de quórum entre las bacterias.

Con base en la teoría macroscópica de la difusión ideal (libre), la respuesta de impulso de un canal de comunicación molecular de unidifusión se informó en un artículo que identificó que la respuesta de impulso del canal de comunicación molecular basado en difusión ideal experimenta una dispersión temporal. Tal dispersión temporal tiene un profundo impacto en el rendimiento del sistema, por ejemplo, en la creación de la interferencia entre símbolos (ISI) en la nanomáquina receptora. Para detectar la señal molecular codificada por concentración se han propuesto dos métodos de detección denominados detección basada en muestreo (SD) y detección basada en energía (ED).Mientras que el enfoque SD se basa en la amplitud de concentración de una sola muestra tomada en un instante de tiempo adecuado durante la duración del símbolo, el enfoque ED se basa en el número acumulado total de moléculas recibidas durante toda la duración del símbolo. Para reducir el impacto de ISI, se ha analizado un esquema de comunicación molecular basado en ancho de pulso controlado. El trabajo presentado mostró que es posible realizar una modulación de amplitud multinivel basada en una difusión ideal. También se ha investigado un estudio exhaustivo del sistema de comunicación molecular codificado por concentración binario basado en pulsos y basado en senos.