인트라바디 나노네트워크

체내(인체 내부) 나노 네트워크 구성요소들

1. 탄소나노튜브(카본나노튜브 CNT)와 파생물들인 단층 카본나노튜브
SWCNT, 다층 카본나노튜브 MWCNT

2. 그래핀 콴텀 닷 GQD

3. 하이드로젤 스위머

4. 프랙탈 그래핀 나노안테나

5. 나노라우터 또는 나노컨트롤러

6. 코덱 또는 나노인터페이스

나노 네트워크 연결 방식

1. 나노노드 (그래핀 콴텀 닷 GQD,
하이드로젤 스위머, 나노튜브, 파이버)

2. 나노센서 (나노튜브 회로, 그래핀 나노시트)

3. 나노컨트롤러 (콴텀 셀률라 오토마타 QCA 나노라우터 회로)

4. 나노인터페이스 (콴텀 셀률라 오토마타 QCA
나노코덱 회로)

5. 외부와의 통신

체내 네트워크 구성요소들의 분석

뇌 속의 탄소 나노튜브

-탄소 나노튜브는 자연적 신경 네트워크를 넘어 그물망을 생성하는데, 그것은 적당한 자극을 사용해 시냅스(신경접합부)를 추론하고 그 기능을 방해하는 것을 가능하게 한다.

-또한 신경세포들 사이의 새로운 연결 경로들이 만들어지는데, 이것은 신경조절, 신경자극, 그리고 인간의 신경 활동에 대한 감시를 허용하는 새로운 구조를 위해 자연적 네트워크를 더이상 사용하지 않는 것을 의미한다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-이 도표는 나노튜브가 어떻게 신경세포들을 자극하는 전극으로 작동하는지를 보여준다.

-탄소 나노튜브와 함께 형성된 그래핀이 초전도체이기 때문에 그것은 인공 축삭돌기로 작용한다.

-탄소 나노튜브 네트워크는 하이드로젤과 함께 신경세포들로부터 신호를 얻고 전파하는 회로를 형성할 수 있다는 것을 간과해서는 안 된다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-나노센서는 뇌뿐만 아니라 인체의 어느 부분에도 형성될 수 있다. 근본적으로는, 내피와 혈관벽 안에 형성된다.

-이 나노센서들은 미리 정의된 형태를 가지고 있지 않다. 그것들이 잠재적 차이의 전자 신호를 전달하기 위해 전도 경로를 형성하기는 하지만, 그 조직은 일정하지 않다.

-나노센서는 신호를 전파할 수 있으므로, 어떤 잠재적 차이라도 신호로 전달할 수 있다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-나노센서가 어떻게 동맥벽에 붙어서 적응하고 혈류를 통해 교차하는 그래핀 콴텀 닷을 감시하는지 주목하라.

-이 모델은 신체, 순환 시스템, 그리고 아마도 신경 시스템 전체에서 반복될 수 있다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

그래핀 콴텀 닷

-그래핀 콴텀 닷은 그래핀 나노시트의 부식이나 산화로부터 일어나는 원형, 육각형, 삼각형의 마이크로 나노미터 크기의 그래핀 또는 그래핀 악사이드(산화 그래핀) 조각이다.

-네트워크의 결함과는 거리가 먼 그래핀 콴텀 닷은 나노안테나로 기능하고 작동하도록 허용하는 그 크기 때문에 근본적 역할을 한다. 그러나 그것들은 또한 순환계 시스템, 동맥, 정맥, 모세혈관을 통해 전기 표로 행동하며 또한 단백질과 혈액에 있는 다른 성분들을 흡수하기 때문에 생체 표로도 행동한다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-콴텀 닷에 의해 방출되는 전기 충격은 신호에 변화를 만들고, 나노센서에 의해 감지된 변경은 전파와 방출을 위해 나머지 나노 네트워크에 다시 전송된다.

-이 신호들이 미리 정의된 수학적 패턴에 따라 분별되고 해석될 수 있다는 것을 알아야 한다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

–일정한 조건의 온도, 압력, 그리고 혈액 포화 아래에서, 조각들을 형성하며, 그래핀 나노시트의 결정화가 일어날 수 있다.

–그래핀 조각들은 용량, 대역폭, 주파수 작동 용량 등의 관점에서 최상의 나노안테나들이다.

–동맥과 모세혈관벽에 고정됐을 때 그것들은 나노 네트워크 신호들의 전파 효과를 높인다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-하이드로젤 스위머는 사실 하이드로젤과 그래핀의 리본이고 인체의 순환 시스템을 통한 움직임을 만들기 위해 이어질 수 있다.

–그것들은 약을 방출할 수 있을 뿐만 아니라 또한 나노안테나가 닿을 수 없는 부분에 나노 네트워크 신호를 전파할 수도 있다.

–그것들은 바이오센서로서의 역할을 할 수 있다. 어떤 발행지들은 이 응용을 보고했다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-나노 네트워크는 전기 활동에 좋은 부분에 스스로를 고정시키며, 몸 전체에 배포되는 다수의 나노안테나와 함께 운영하는 것이 거의 확실하다.

-각각의 나노라우터는 기억 회로에 저장되는 고유의 MAC 주소를 가지고 있을 가능성이 많으며, 그것이 그것들의 다이내믹한 운영을 설명한다.

–이상적인 개념은 전기 충격 신호를 받기 위해 나노라우터가 나노센서와 나노안테나에 가깝게 자리잡는 것이다.

체내 네트워크 구성요소들의 분석

-나노라우터가 신호를 받을 때 그것은 신호들을 TS-OOK(Spread in Time
On-Off Keying)로 암호화하고 전송을 위해 데이타 패킷으로 경로를 정한다. TS-OOK(Spread in Time On-Off Keying) 신호는 해석하고 전송하기 쉬운 바이너리 패턴을 가지고 있는데, 그것은 나노 네트워크에서 지지될 수 있는 데이타 전송 용량과 대역폭을 증가시킨다.-나노라우터는 컴퓨터 프로세서처럼, 콴텀 닷 설계가 시계 주파수에서 작동하도록 허용하기 때문에, 운영하기 위해 프로세서를 필요로 하지 않는다.

-이 방법으로, 신호는 나노 네트워크를 최적화하고 신호 포화를 방지하기 위해 가장 가까운 나노라우터에 전송된다. 이 이유로 이 구성요소들 중 몇 가지가 하이드로젤 덕분에 관찰되고 자리를 잡는다.

시간 확산 온-오프 키잉 TS-OOK(Spread in Time
On-Off Keying)

시간 확산 온-오프 키잉 TS-OOK프로토콜이 서로 다른 테라헤르츠 나노 장치를 통해 무선 채널을 공유하는 기술로 제안되었다. 시간 확산 온-오프 키잉 TS-OOK는 통신 데이터가 무작위로 선택한 일정한 지속 시간에 의해 교차 배치된 일련의 펄스를 사용하여 전송되는 펨토초(1000조분의 1초) 길이Femtosecond-Long 펄스 변조를 기반으로 한다.

(위 논문) 개요
Abstract

나노기술은 많은 새로운 응용을 위한 길을 열어주는 현실이 된다.Nanotechnology
becomes reality paving the way for many new applications.

나노네트웍 시스템에서는 각각의 나노소자가 제한된 기능을 갖추고 있으며 기본적인 업무를 전담하고 있지만 수많은 장치 동작을 조합하면 높은 수준의 기능이 구현된다.In
nanonetwork system, each nanosized device is equipped with limited capabilities
and is dedicated to a basic task but the combination of the numerous devices
actions results in high-level functions.

이러한 맥락에서 제한된 영역에 집중된 많은 수의 기기는 무선 링크를 사용하여 데이터를 교환해야 한다.In
this context, large number of devices concentrated in a limited area must
exchange data using wireless links.

시간 확산 온-오프 키잉 TS-OOK프로토콜이 서로 다른 테라헤르츠 나노 장치를 통해 무선 채널을 공유하는 기술로 제안되었다. Spread in Time On-Off Keying (TS-OOK) protocol
was proposed as a technique to share the radio channel over the different
terahertz nano-devices.

시간 확산 온-오프 키잉 TS-OOK는 통신 데이터가 무작위로 선택한 일정한 지속 시간에 의해 교차 배치된 일련의 펄스를 사용하여 전송되는 펨토초(1000조분의 1초) 길이Femtosecond-Long 펄스 변조를 기반으로 한다. TS-OOK is based on a Femtosecond-Long pulse
modulation where communication data are sent using a sequence of pulses
interleaved by a constant duration randomly selected.

본 논문에서 우리는 TS-OOK 접근 방식에 대한 비판적 분석을 제공한다.In this paper we provide a critical analysis of
the TS-OOK approach.

우리는 TS-OOK가 트래픽 부하 변동에 대해 적응하지 못하고 활성 노드 간의 불균형을 유도한다는 것을 증명한다.We prove that the TS-OOK is not adaptive
against the traffic load variation and induces an imbalance between the active
nodes.

이 부등식은 무작위로 선택된 기호율에 대한 통신 품질의 의존성 때문이다.This
inequity is due to the dependency of a communication quality on the randomly
chosen symbol rate.

동일한 전송의 두 연속 펄스 사이의 지속 시간이 의사 무작위 시퀀스를 따르는 SRH-TSOK (Symbol rate Hopping TSOO)라고 하는 동적 TS-OOK 변조 접근법을 제안한다.We propose a dynamic TS-OOK modulation
approach, called SRH-TSOOK (Symbol rate Hopping TSOOK), where the duration
between two consecutive pulses of the same transmission follows a pseudo-random
sequence.

우리는 활성 노드의 수가 증가할 때 이 접근 방식이 표준 프로토콜보다 더 나은 성능을 발휘하고 활성 통신을 통한 채널 용량의 더 나은 분포를 보장한다는 것을 보여준다.We
show that this approach performs better than the standard protocol when the
number of active nodes increases and guarantees a better distribution of the
channel capacity over the active communications.

예를 들어, TS-OOK 프로토콜 내의 통신 처리량은 300개의 활성 노드로 10개의 5프레임/초 이하로 떨어질 수 있지만,
SRH-TSOK 프로토콜의 처리량은 모든 활성 통신에 대해 약 20개의 7프레임/초 정도로 안정화된다.For
instance, while the throughput of a communication within a TS-OOK protocol may
falls bellow 10 5 frames/s with 300 active nodes, the throughput in
the SRH-TSOOK protocol stabilizes around 20 7 frames/s for all the
active communications.

프로토콜 성능을 수치적이고 정확하게 평가할 수 있는 확률론적 분석을 기반으로 비교가 이루어진다.The
comparison is made on the basis of probabilistic analysis allowing a numerical
and accurate evaluation of the protocols performance.

Enhanced spread in time on-off keying technique for dense
Terahertz nanonetworks | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore

체내 네트워크 구성요소들의 분석

나노인터페이스는 시간 확산 온-오프 키잉 TS-OOK(Spread in Time
On-Off Keying) 신호들을 위한 나노안테나를 포함하는 훨씬 더 복잡한 콴텀 셀률라 오토마타 QCA(Quantum cellular automata) 회로이다. 높은 확률로, 그것은 데이타 패킷을 암호화하기 위한 코덱을 가지고 있고 그것들을 외부로 다시 전송한다.