Projekt | IoBNT

Der Großteil heutiger drahtloser Kommunikationssysteme basiert auf Hochfrequenz- bzw. Funkwellen (Radio Frequency, RF). Diese Technologie ist für klassische Telekommunikationsanwendungen sehr gut geeignet, stößt jedoch bei kommunizierenden Knoten im Nano- oder Mikromaßstab an grundlegende Grenzen. Dies gilt insbesondere für Systeme, die mit biologischen Zellen interagieren oder in anspruchsvollen Umgebungen wie Flüssigkeiten eingesetzt werden. Für solche Szenarien werden alternative Kommunikationsparadigmen und -technologien benötigt. Ein vielversprechender Ansatz ist die Molekulare Kommunikation (MK). Dabei werden Informationen mithilfe von Molekülen oder Nanopartikeln übertragen. Als Informationsträger können beispielsweise biochemische Moleküle oder magnetische Nanopartikel dienen, die durch biologische, chemische oder physikalische Verfahren nachgewiesen werden. Molekulare Kommunikation soll bestehende RF-Kommunikationssysteme ergänzen und perspektivisch ein integraler Bestandteil zukünftiger 6G+-Netzwerke werden, um neuartige Anwendungen in Medizin, Biotechnologie und Industrie zu ermöglichen. Im Projekt Internet of Bio-Nano-Things (IoBNT) entwickeln und untersuchen wir Konzepte für ein integriertes Kommunikationssystem für Anwendungen in der individualisierten Medizin sowie für industrielle Prozesse im Mikro- und Nanomaßstab. Das IoBNT zielt darauf ab, biologische Prozesse im menschlichen Körper durch ein Netzwerk von Nanogeräten kontinuierlich zu überwachen und bei Bedarf gezielte Interventionen zu ermöglichen. Gleichzeitig verbindet das IoBNT diese Systeme mit externen Gateways und Rechnersystemen, sodass Messdaten, Steuerinformationen und Regelungsmechanismen zuverlässig zwischen dem biologischen und dem digitalen Bereich ausgetauscht werden können. Für die Realisierung eines IoBNT werden verschiedene Kommunikationsverfahren miteinander kombiniert. Dazu zählen RF-basierte Kommunikation, Ultraschallkommunikation und Molekulare Kommunikation. Ziel ist eine durchgängige Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen im Körper befindlichen oder implantierten Nanogeräten - beispielsweise mit hochgradig miniaturisierten Biosensoren – und externen Überwachungs- bzw. Steuereinheiten im Kontext zukünftiger 6G+-Netzwerke. Das Projekt verbindet theoretische Modellierung, kommunikations- und informationstheoretische Analysen, Computersimulationen sowie experimentelle Validierung. Auf dieser Grundlage sollen neuartige Übertragungs-, Sensorik-, Schätz- und Detektionsverfahren für integrierte IoBNT-Systeme entwickelt und bewertet werden. Langfristiges Ziel ist die Entwicklung einer IoBNT-Plattform, die den biologischen Bereich des menschlichen Körpers mit der digitalen Welt zukünftiger 6G+-Netzwerke verbindet und damit wissenschaftliche sowie technologische Grundlagen für interdisziplinäre Forschung in Medizin, Biologie, Chemie, Biotechnologie und Kommunikationstechnik schafft.

Partner

• Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
• Technische Universität Darmstadt
• Technische Universität München
• Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH
• Universität zu Lübeck
• Technische Universität Dresden
• Technische Universität Berlin