Interference and molecule reception probability analysis in nano/micro scale communication systems using Fick’s diffusion law
Künye
Işık, İ. , Tağluk, M. E. & Işık, E. (2022). Fick difüzyon yasası kullanılarak nano/mikro ölçekli haberleşme sistemlerinde girişim ve molekül alım olasılığı analizi . Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi , 37 (2) , 967-984 . DOI: 10.17341/gazimmfd.915454Özet
Nano ve mikro ölçekteki sistemlerin iletişim mekanizmasını modellemek için canlıların kullandığı nano-ölçekteki
elektro-kimyasal haberleşme sistemlerinden esinlenerek (biyolojik esinli) yeni haberleşme tekniklerinin
geliştirilmesi üzerine son zamanlarda yoğun bir şekilde çalışma yapılmaktadır. Bilgi alışverişinde taşıyıcı olarak
kimyasal sinyallerin kullanıldığı bu alan nano/mikro ölçekli haberleşme (NMÖH) olarak bilinmektedir. Moleküler
haberleşme sistemlerinde iletim için kullanılan bilgi parçacıkları protein, DNA gibi biyolojik bileşenlerden
oluşmaktadır. NMÖH konusu ile ilgili yapılacak çalışmaların, günümüzde henüz tedavisi olmayan bazı
hastalıkların teşhis ve tedavinde kullanılan yeni nesil nano-teknoloji alandaki gelişmelere büyük katkılar
sağlayacağı düşünülmektedir. Bu sebeple, nano-ölçekli sistemlerde kullanılma potansiyeli olabilecek yeni bir
NMÖH modeli yazılım tabanlı olarak Matlab ortamında geliştirilerek burada analiz edilmiştir. Yazılım tabanlı
olarak tasarlanan NMÖH modelinde, ilk olarak moleküllerin iletildiği difüzyon ortamı ve bu ortamda iletişim
performansını etkileyen faktörlerden biri olan difüzyon sabiti, Fick yasası gibi temel fizik kanunları kullanılarak
yeniden türetilmiştir. Daha sonra ise alıcı topolojisi küre, küp ve dikdörtgen prizma gibi değişik formlarda
denenerek alıcının sinyal iletim oranı arttırılmaya ve iletim sırasında meydana gelen moleküller arası girişim
düşürülmeye çalışılmıştır. Küp alıcı modelinin kullanılması ile sinyal iletim oranının arttığı ve girişimin düştüğü
görülmüştür. Önerilen NMÖH modelinin, başta Alzaymır olmak üzere hücrelerin yanlış ve/veya eksik
iletişiminden kaynaklı birçok hastalığın teşhis ve tedavisinde kullanılabilecek potansiyelde olduğu
düşünülmektedir. Recently, too much afford has been conducted toward development of novel communication techniques (biological
inspired) for implementing in nano and micro scale systems inspired from electro-chemical communication
systems that naturally used by living beings. One of these techniques is known as nano/micro scale communication
(NMSC) in which chemical signals are used as carriers for transmission of information through fluid media. The
information carrier particles used in such communication systems consist of biological components such as DNA
and protein components. Studies regarding NMSC are considered to highly contribute to the developments in the
field of nano-technology which can be used to detect and treatment of the some unsolved illness yet. Therefore, in
this study, software based a new NMSC model that could potentially be used in nano-scale systems were developed
and analysed in terms of communication performance. Firstly, Diffusion constant which affect the communication
performance of the software based NMSC model is derived using some Physics laws such as Fick’s. Secondly,
different forms of receivers such as sphere, cube and rectangular prism topologies have been tried for increasing
the rate of molecule reception and reducing the inter symbol interference of the receiver. It was observed that the
signal transmission rate increased and the interference decreased with the use of a cube receiver model. The results
obtained from the proposed NMSC model encourages one to think that such receiver models might have the
potential for Alzheimer and many illness which cause missing and/or wrong communication of the cells.