(PhysOrg.com) -- Vous pensez que l'avenir de la communication est la 4G ? Détrompez-vous. Des chercheurs du Georgia Institute of Technology travaillent sur des solutions de communication pour des réseaux si futuristes qu'ils n'existent même pas encore.

L'équipe étudie comment faire en sorte que des appareils un million de fois plus petits que la longueur d'une fourmi communiquent entre eux pour former des nanoréseaux. Et ils utilisent une approche différente de la communication « cellulaire », à savoir la façon dont les bactéries communiquent entre elles, pour trouver une solution.

Le professeur Georgia Tech de génie électrique et informatique Ian Akyildiz et son équipe de recherche—Faramarz Fekri, professeur de génie électrique et informatique; Craig Forêt, professeur adjoint de génie mécanique; Brian Hammer, professeur adjoint de biologie; et Raghupathy Sivakumar, professeur de génie électrique et informatique - ont récemment reçu une subvention de 3 millions de dollars de la National Science Foundation pour le projet.

Au cours des quatre prochaines années, l'équipe étudiera comment les bactéries communiquent entre elles au niveau moléculaire pour voir si les mêmes principes peuvent être appliqués à la façon dont les nanodispositifs communiqueront un jour pour former des réseaux à l'échelle nanométrique.

Si l'équipe réussit, les applications pour intelligent, les nanoréseaux communicatifs pourraient être de grande envergure et potentiellement changer la vie.

« Les machines nanométriques pourraient potentiellement être injectées dans le sang, circulant dans le corps pour détecter les virus, bactéries et tumeurs, " dit Akyildiz, chercheur principal de l'étude. « Toutes ces maladies, le cancer, Diabète, Alzheimer, asthme, tout ce à quoi vous pouvez penser, ils feront partie de l'histoire au fil des ans. Et ce n'est qu'une application.

La nanotechnologie est l'étude de la manipulation de la matière à l'échelle atomique et moléculaire, où des phénomènes uniques permettent de nouvelles applications impossibles lorsque l'on travaille avec des matériaux en vrac ou même des atomes ou des molécules uniques. Généralement, la nanotechnologie traite du développement de matériaux, dispositifs ou structures possédant au moins une dimension de 1 à 100 nanomètres. Un nanomètre est un milliardième de mètre.

La plupart des dispositifs nanométriques qui existent actuellement sont primitifs, Akyildiz a dit, mais avec la communication les appareils pourraient collaborer et avoir une intelligence collective.

C'est la question que se posent les chercheurs :comment de tels nanoréseaux communiqueraient-ils ? En raison de leur taille, les solutions de communication classiques ne fonctionneront pas. L'équipe tourne son attention vers la nature pour l'inspiration.

« On s'est rendu compte que la nature possède déjà toutes ces nanomachines. Les cellules humaines sont de parfaits exemples de nanomachines et il en va de même pour les bactéries, », a déclaré Akyildiz. « Et donc, le meilleur pari pour nous est d'examiner le comportement des bactéries et d'apprendre comment les bactéries communiquent et d'utiliser ces solutions naturelles pour développer des solutions aux futurs problèmes de communication.

Les bactéries utilisent des signaux chimiques pour communiquer entre elles via un processus appelé détection de quorum, qui permet à une population de microbes unicellulaires de fonctionner comme un organisme multicellulaire. Découverte à l'origine il y a plusieurs décennies dans des bactéries marines bioluminescentes inhabituelles, on pense maintenant que toutes les bactéries « se parlent » avec des signaux chimiques.

Les microbiologistes commencent à apprendre les « langages » que parlent les bactéries et quelles activités sont contrôlées par cette communication cellulaire. De nombreuses bactéries pathogènes causant des maladies utilisent le quorum sensing pour activer leurs toxines et d'autres facteurs à utiliser contre un hôte. Des thérapies potentielles sont actuellement développées par certains chercheurs qui sont conçues pour perturber le quorum sensing par les bactéries infectieuses.

« Il est peu probable qu'une seule bactérie pathogène dans votre corps vous tue, " dit Marteau, un généticien microbien. « Mais puisqu'ils communiquent, l'ensemble du groupe orchestre ce comportement coordonné en utilisant la communication chimique et le résultat final est qu'ils travaillent en groupe pour tuer leur hôte. Alors, pouvons-nous utiliser ces mêmes informations de manière positive en exploitant et en comprenant les limites de la communication ? »

Les chercheurs de Georgia Tech Hammer et Forest se concentreront sur l'expérimentation pour mieux comprendre les éléments de la communication bactérienne, puis travailler avec les experts en génie électrique et informatique de l'équipe pour traduire leurs découvertes en un possible modèle de communication pour les nanoréseaux.

"C'est vraiment une recherche révolutionnaire, " dit Fekri, professeur de génie électrique et informatique. « Personne ne s'est penché sur ces questions auparavant. Nous sommes confrontés aux grands défis. Il faudra beaucoup de talent et de travail acharné pour y remédier. »

Le projet devrait ouvrir la voie à la recherche en communication à l'échelle nanométrique. La gamme d'applications des nanoréseaux est incroyablement large, des réseaux intra-corporels pour la surveillance de la santé, détection du cancer ou administration de médicaments aux systèmes de prévention des attaques chimiques et biologiques.

Au bout de quatre ans, l'équipe espère démontrer les théories sous-jacentes de base et fondamentales pour la communication des nanodispositifs. Ils espèrent également développer un outil de simulation que le public pourra utiliser pour voir comment les machines peuvent imiter la communication des bactéries, ce qui, espérons-le, attirera d'autres chercheurs à s'impliquer dans l'étude plus approfondie de ce domaine.

« Les paradigmes existants pour les protocoles et les algorithmes de réseau ne s'appliquent plus. Cela dépasse les frontières de la recherche en réseau, », a déclaré Sivakumar. "C'est vraiment quelque chose qui pourrait changer les choses et personne ne l'a fait auparavant."

Une grande force de l'équipe de recherche de Georgia Tech est sa nature interdisciplinaire.

« Nous sommes ravis de combiner la science et l'ingénierie ainsi que nos ensembles d'outils respectifs, que ce soit le génie génétique, la détection génétique ou la théorie des communications en réseau pour s'attaquer à ce problème au niveau du système - ce grand défi en nanotechnologie, " dit Forêt, un expert en génie biomédical.