(PhysOrg.com) -- Pensi che il futuro della comunicazione sia il 4G? Pensa di nuovo. I ricercatori del Georgia Institute of Technology stanno lavorando a soluzioni di comunicazione per reti così futuristiche che non esistono ancora.

Il team sta studiando come far comunicare tra loro dispositivi un milione di volte più piccoli della lunghezza di una formica per formare nanoreti. E stanno usando una visione diversa della comunicazione "cellulare", vale a dire il modo in cui i batteri comunicano tra loro, per trovare una soluzione.

Georgia Tech Professor di Ingegneria Elettrica e Informatica Ian Akyildiz e il suo gruppo di ricerca—Faramarz Fekri, professore di ingegneria elettrica e informatica; Craig foresta, assistente professore di ingegneria meccanica; Brian Martello, assistente professore di biologia; e Raghupathy Sivakumar, professore di ingegneria elettrica e informatica, hanno recentemente ricevuto una sovvenzione di 3 milioni di dollari dalla National Science Foundation per il progetto.

Nei prossimi quattro anni, il team studierà come i batteri comunicano tra loro a livello molecolare per vedere se gli stessi principi possono essere applicati a come un giorno i nanodispositivi comunicheranno per formare reti su nanoscala.

Se la squadra ha successo, le applicazioni intelligenti, le nanoreti comunicative potrebbero essere di vasta portata e potenzialmente cambiare la vita.

“Le macchine su scala nanometrica potrebbero essere iniettate nel sangue, circolanti nel corpo per rilevare virus, batteri e tumori, ” ha detto Akyildiz, ricercatore principale dello studio. “Tutte queste malattie:cancro, diabete, Alzheimer, asma, qualunque cosa tu possa pensare, saranno storia nel corso degli anni. E questa è solo un'applicazione".

La nanotecnologia è lo studio della manipolazione della materia su scala atomica e molecolare, dove fenomeni unici consentono nuove applicazioni non realizzabili quando si lavora con materiali sfusi o anche singoli atomi o molecole. In genere, la nanotecnologia si occupa di sviluppare materiali, dispositivi o strutture aventi almeno una dimensione da 1 a 100 nanometri. Un nanometro è un miliardesimo di metro.

La maggior parte dei dispositivi su scala nanometrica attualmente esistenti sono primitivi, Akyildiz ha detto, ma con la comunicazione i dispositivi potrebbero collaborare e avere un'intelligenza collettiva.

Questa è la domanda che i ricercatori stanno affrontando:come comunicherebbero tali nanoreti? A causa delle loro dimensioni, le soluzioni di comunicazione classiche non funzioneranno. Il team sta rivolgendo la sua attenzione alla natura per trovare ispirazione.

“Ci siamo resi conto che la natura ha già tutte queste nanomacchine. Le cellule umane sono esempi perfetti di nanomacchine e lo stesso vale per i batteri, disse Akyildiz. “E così, la cosa migliore per noi è osservare il comportamento dei batteri e imparare come i batteri comunicano e utilizzare quelle soluzioni naturali per sviluppare soluzioni per futuri problemi di comunicazione”.

I batteri utilizzano segnali chimici per comunicare tra loro attraverso un processo chiamato quorum sensing, che consente a una popolazione di microbi unicellulari di funzionare come un organismo multicellulare. Originariamente scoperto diversi decenni fa in insoliti batteri marini bioluminescenti, ora si crede che tutti i batteri “parlino” tra loro con segnali chimici.

I microbiologi stanno iniziando a imparare i "linguaggi" che parlano i batteri e quali attività sono controllate da questa comunicazione cellulare. Molti batteri patogeni che causano malattie utilizzano il quorum sensing per attivare le loro tossine e altri fattori da utilizzare contro un ospite. Alcuni ricercatori stanno attualmente sviluppando potenziali terapie che sono progettate per interrompere il rilevamento del quorum da parte dei batteri infettivi.

"È improbabile che un singolo batterio patogeno nel tuo corpo ti uccida, "disse Martello, un genetista microbico. “Ma dal momento che comunicano, l'intero gruppo orchestra questo comportamento coordinato usando la comunicazione chimica e il risultato finale è che lavorano come un gruppo per uccidere il loro ospite. Quindi possiamo usare le stesse informazioni in modo positivo sfruttando e comprendendo i limiti della comunicazione?"

I ricercatori della Georgia Tech Hammer and Forest si concentreranno sulla sperimentazione per comprendere meglio gli elementi della comunicazione batterica, e poi lavorare con gli esperti di ingegneria elettrica e informatica del team per tradurre le loro scoperte in un possibile modello di comunicazione per le nanoreti.

“Questa è una ricerca davvero rivoluzionaria, "ha detto Fekri, professore di ingegneria elettrica e informatica. “Nessuno ha esaminato questi problemi prima. Stiamo affrontando le grandi sfide. Ci vorrà molto talento e duro lavoro per affrontarli”.

Il progetto dovrebbe aprire la strada alla ricerca sulla comunicazione su scala nanometrica. La gamma di applicazioni delle nanoreti è incredibilmente ampia, dalle reti intracorporee per il monitoraggio sanitario, rilevamento del cancro o somministrazione di farmaci a sistemi di prevenzione degli attacchi chimici e biologici.

Alla fine di quattro anni, il team spera di dimostrare le teorie di base e fondamentali alla base della comunicazione dei nanodispositivi. Sperano anche di sviluppare uno strumento di simulazione che il pubblico possa utilizzare per vedere come le macchine possono imitare la comunicazione dei batteri, che si spera attirerà altri ricercatori a partecipare a ulteriori indagini in quest'area.

“I paradigmi esistenti per i protocolli e gli algoritmi di rete non si applicano più. Questo va oltre le frontiere della ricerca in rete, disse Sivakumar. "È davvero qualcosa che potrebbe cambiare le cose e nessuno lo ha mai fatto prima".

Un grande punto di forza del team di ricerca di Georgia Tech è la sua natura interdisciplinare.

“Siamo entusiasti di combinare scienza e ingegneria, nonché i nostri rispettivi set di strumenti, se l'ingegneria genetica, rilevamento genetico o teoria delle comunicazioni di rete per affrontare questo problema a livello di sistema, questa grande sfida nella nanotecnologia, "disse Foresta, un esperto in ingegneria biomedica.