Reti di nanosensori wireless per applicazioni intracorporee: siamo all’Internet delle nano-cose, il transumanesimo tra 5G e 6G

I nanosensori implementati in WNSN, dotati di antenne nanopatch a base di grafene possono rilevare sintomi o virus per mezzo di molecole o comportamenti batterici. Infatti, l’ampia superficie e l’eccellente conduttività elettrica del grafene consentono un rapido trasferimento di elettroni che facilita il rilevamento accurato e selettivo delle biomolecole“. Lo afferma un articolo scientifico pubblicato nel 2015 sull’International Journal of Distributed Sensor Networks (IJDSN) e scritto da un gruppo di ricercatori guidato da Suk Jin Le, docente di Informatica nella statunitense Columbus State University. L’JDSN è una rivista internazionale sulla ricerca applicata delle reti di sensori, sottoposta a revisione paritaria nonché membro del Committee on Publication Ethics (COPE).”La nanotecnologia emergente – si legge nell’articolo uscito sette anni fa – presenta un grande potenziale per cambiare la società umana. I dispositivi su scala nanometrica possono essere inclusi con Internet. Questo nuovo paradigma di comunicazione, denominato Internet of Nanocose (IoNT), richiede connessioni a brevissimo raggio tra dispositivi su scala nanometrica.” Nel 2018, sempre Suk Jin Le – esperto di sicurezza del 5G come monitoraggio dell’Internet delle cose, ha poi pubblicato un altro articolo sulla Progettazione di protocolli MAC ad alta efficienza energetica basati su CSMA/CA scanalati in nanonetworks. Gli indirizzi MAC sono quei codici a 48 bit che appaiono oggi avvicinando uno Smartphone accanto ai corpi di quanti hanno ricevuto l’inoculazione del siero genico sperimentale prodotto nell’ultima emergenza sanitaria. Il grafene è invece quel materiale monoatomico di atomi di carbonio rinvenuto da diversi ricercatori indipendenti sia nei flaconi dei sieri Covid19 che nel sangue degli inoculati. Di seguito alcuni stralci dell’articolo scientifico.

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IoNT solleva molte sfide per realizzarlo. Gli attuali protocolli e le tecniche di rete potrebbero non essere applicati direttamente per comunicare con i nanosensori. A causa della capacità molto limitata dei nanodispositivi, i dispositivi devono avere una comunicazione semplice e un semplice meccanismo di condivisione dei media per raccogliere i dati in modo efficace dai nanosensori. Inoltre, i nanosensori possono essere applicati agli organi del corpo umano e possono produrre dati di grandi dimensioni. In questo processo, la trasmissione dei dati dai nanosensori al gateway dovrebbe essere controllata dal punto di vista dell’efficienza energetica. In questo documento, proponiamo una rete di nanosensori wireless (WNSN) su scala nanometrica che sarebbe utile per il rilevamento di malattie intracorporee. Il modello di rete concettuale proposto si basa sul protocollo On-Off Keying (OOK) e sul framework TDMA. Il modello presuppone nanosensori basati su celle esagonali distribuiti in un polo esagonale 3D di forma cilindrica. In questo lavoro presentiamo anche l’analisi dell’efficienza di trasmissione dei dati, per le varie combinazioni di metodi di trasmissione, sfruttando metodi ibridi, diretti e multi-hop.

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1. Introduzione

I dispositivi su scala nanometrica richiedono un nuovo paradigma di comunicazione; svolgono compiti semplici, condividono i dati raccolti e raggiungono un numero senza precedenti di posizioni su Internet. Questo nuovo paradigma di rete è chiamato IoNT [ 1]. Nell’IoNT, la nuova architettura di rete è stata proposta per ospitare due potenziali applicazioni: interconnessione di dispositivi su scala nanometrica e uffici di interconnessione. Il nostro lavoro di ricerca si concentra sulle comunicazioni intracorporee per gli operatori sanitari per sviluppare l’architettura del sistema di rete per la realizzazione di applicazioni IoNT. Il corpo umano è composto da quasi 80 organi. Qui, i nanosensori possono essere impiantati negli organi, rilevando sintomi o virus specifici e inoltrando i dati di rilevamento al nanorouter. Il nanorouter può raccogliere dati dai nanosensori. Il nanorouter può quindi inviare i dati raccolti all’esterno del corpo.

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Le comunicazioni wireless intracorporee incontrano alcune difficoltà che non compaiono in condizioni di propagazione regolari perché il corpo umano ha molta acqua. In primo luogo, è stato studiato il modello di perdita di percorso nel corpo per tessuti umani omogenei in funzione di vari parametri a una gamma di 2,45 GHz [ 2 ]. Inoltre, viene anche discusso che la banda terahertz (THz) può essere la potenziale soluzione per far funzionare i futuri nanosensori elettromagnetici (EM) [ 3 ]. Inoltre, gli studi correlati rivelano che la perdita di percorso nei tessuti umani a distanze molto brevi (diversi millimetri) non è significativa per gestire bene le comunicazioni tra nanosensori a gamma di frequenza THz [ 4 , 5]. Recentemente, l’analisi numerica della propagazione dell’onda EM nel corpo umano spiega che l’uso del paradigma EM è favorevole rispetto al canale di comunicazione molecolare perché l’attenuazione del canale molecolare è considerevolmente superiore rispetto alla situazione utilizzando il meccanismo THz EM in termini di perdita di percorso rispetto alla distanza [ 6 ]. D’altra parte, il nanosensore, dotato di antenne nanopatch a base di grafene, è previsto per consentire l’implementazione di comunicazioni nano-EM [ 3 ].

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Il nanonetworking è un campo emergente, che comunica tra nanomacchine e amplia le capacità di una singola nanomacchina. Inoltre, WNSN su scala nanometrica può essere utile per il rilevamento di malattie intracorporee. Ad esempio, i nanosensori impiegati in WNSN, dotati di antenne nanopatch a base di grafene [ 3 ], possono rilevare sintomi o virus per mezzo di molecole [ 7 ] o comportamenti batterici [ 8 ]]. Infatti, l’ampia superficie e l’eccellente conducibilità elettrica del grafene consentono un rapido trasferimento di elettroni che facilita il rilevamento accurato e selettivo delle biomolecole. Secondo Kuila et al., il progresso dei biosensori a base di grafene consente l’applicazione del grafene per la rilevazione di glucosio, Cyt-c (citocromo-c), NADH (nicotinamide adenina dinucleotide idruro), Hb (emoglobina), colesterolo, AA (Aminoacido), UA (Acido Urico) e DA (Diamminoacido) [ 9 ].

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