Bezprzewodowa komunikacja za pomocą kontrolera Arduino i... alkoholu

Niedawno przedstawialiśmy Wam ciekawe osiągnięcie z dziedzinynanotechnologii – pomysł na wykorzystaniegrafenu do budowy nanoanten, które umożliwiłyby bezprzewodowąkomunikację w sieciach utworzonych z nanobotów. Są jednak eksperci odnanotechnologii, którzy twierdzą, że w marszu ku technice w skalinano ślepą uliczką jest miniaturyzowanie rozwiązań sprawdzonych wwiększych skalach, że realne nanoboty bliżej będą miały dokomórkowych organelli, niż pomniejszonych konstrukcjielektromechanicznych. Coś w tym jest: w przyrodzie bez trudu możnaznaleźć nanostruktury, które „problem” bezprzewodowejkomunikacji rozwiązały dawno temu, stosując w tym celu niepromieniowanie elektromagnetyczne, ale wydzielanie i absorbowaniechemicznych molekuł. Badacze z Kanady i Wielkiej Brytanii przyjrzelisię naturze – i postanowili wykorzystać cząsteczkowąkomunikację w technice.Opisany w artykuleTabletop Molecular Communication: Text Messages through ChemicalSignals autorstwa Narimana Farsadi, Weisi Guo i Andrewa Eckfordasystem komunikacyjny zaskakuje swoją prostotą. Jako nadajnikwykorzystany został zwykły, dostępny w handlu elektryczny rozpylaczaerozoli. Wiadomość do przekazania jest kodowana pod kontroląmikrokontrolera Arduino Uno, sterującego włącznikiem rozpylacza.Jako odbiorniki wykorzystano trzy czujniki chemiczne podłączone dodrugiego Arduino. Za rozpylaczem ustawiono wentylator, który miałpomóc w propagacji chemicznego sygnału.[img=molecule-comm1][join][img=molecule-comm2]Znaki przekazywanej wiadomości zostały zakodowane binarnie dopoziomów stężenia alkoholu izopropylowego, który został wykorzystanytu jako nośnik informacji (autorzy w swoim wideo mówią o wysyłaniuwiadomości za pomocą wódki zapewne ze względów PR-owych – wódkabrzmi bardziej zachęcająco od nieco toksycznego izopropanolu).Binarnej 1 odpowiada wzrost stężenia alkoholu, binarnemu 0zmniejszenie stężenia, co naśladować ma chemiczną komunikację wprzyrodzie.[yt=http://www.youtube.com/watch?v=39oEgkIThHU]Jako pierwszą wiadomość przekazano tekst „O CANADA”(tytuł kanadyjskiego hymnu), zakodowana do długości 40 bitów. Zasięgokazał się zaskakująco duży. Wiadomość była poprawnie odczytywanaprzy sensorach ustawionych w odległości 4 metrów od rozpylacza.Znacznie słabsze okazało się tempo transmisji: przy odległości 4metrów zaledwie 0,2 b/s, tak więc przekazanie wiadomości zajęło ponad3 minuty. Badacze podkreślają jednak, że istnieje wiele możliwościoptymalizacji tego kanału komunikacji, takich jak stosowanie różnychzwiązków chemicznych, wykorzystanie lepszych algorytmów ichwykrywania, zastosowanie systemów o wielu wejściach i wyjściach.Dużym wyzwaniem dla chemicznej komunikacji okazują się być efektynieliniowe, których źródło nie jest znane. W literaturze przedmioturozważane są przede wszystkim systemy komunikacji molekularnej, którezachowują się liniowo, tak samo też większość narzędzi matematycznychwykorzystywanych do analizy stężeń wymaga, by system zachowywał sięliniowo. Być może problem ten dałoby się obejść przy zastosowaniulepszego sprzętu, być może jest on jednak wpisany w tego typuzjawiska. Jeśli tak jest, to według badaczy konieczne będzieopracowanie nowych podstaw teoretycznych dla systemów komunikacjimolekularnej. Osiągnięcie to wywołało spore zainteresowanie, zarówno w świecienauki jak i przemysłu. Nie powinno to nikogo zaskakiwać: ograniczeniakomunikacji elektromagnetycznej są oczywiste. Komunikacja chemicznamoże sprawdzić się wszędzie tam, gdzie do czynienia mamy z medium, wktórym zachodzi proces dyfuzji. To nie tylko gazy czy mieszankigazów, ale też ciecze: w ten sposób sygnały można by byłotransmitować przez rurociągi z ropą (gdzie sensory mogłybypowiadamiać o miejscach ewentualnych uszkodzeń), ale też naczyniakrwionośne żywych organizmów. W ten sposób mógłby się komunikować zwszytym pod skórę czipem sensor rozrusznika serca. W przyszłości możenawet w ten sposób można by było przekazywać sygnały bezpośrednio dokomórek ciała, bezpośrednio przejmując kontrolę nad ich biochemicznąaktywnością.