Trudne środowisko? Komunikujmy się za pomocą alkoholu

Naukowcy z Uniwersytetu w Warwick i York University opracowali system komunikacji molekularnej do transmisji wiadomości i danych, który będzie można wdrożyć w środowiskach, gdzie nie da się wykorzystać fal elektromagnetycznych, czyli np. pod wodą czy pod ziemią.

Sygnalizacja molekularna jest rozpowszechniona zarówno wśród roślin, jak i zwierząt (wystarczy przypomnieć feromony), lecz jak dotąd metody tej nie zaprzęgnięto do przekazywania ciągłego strumienia danych.

W przypadku opisywanego wynalazku wiadomość tekstowa jest przekształcana w sygnał binarny, a następnie programowana w odparowanych cząsteczkach izopropanolu. W czujnikach odbiornika, które odpowiadają za demodulację i odkodowanie, znajduje się warstwa półprzewodnikowa tlenku metalu do wykrycia alkoholu. Brytyjsko-kanadyjski zaproponował 3 czujniki o różnej wrażliwości i mocy.

Demonstracja metody odbyła się w Kanadzie. Do przekazania wybrano krótki fragment kanadyjskiego hymnu ("O Canada"). Wiadomość wysłano na odległość kilku metrów przez pustą przestrzeń. By zbudować urządzenie, wystarczą ponoć powszechnie dostępne elementy, np. mikrokontroler Arduino Uno. Wszystkie można kupić za ok. 100 dol.

Uważamy, że kontrolując stężenie cząsteczek alkoholu, wysłaliśmy pierwszą na świecie wiadomość tekstową, która była transmitowana wyłącznie molekularnie [...] - chwali się kanadyjski doktorant Nariman Farsad. Litery alfabetu kodowano za pomocą 5-bitowych sekwencji. W zapisie liter najpowszechniej występujących w języku angielskim wykorzystywano najmniejszą liczbę jedynek, dlatego np. "E" i "T" miały w swoich sekwencjach tylko jedną jedynkę. Należy dodać, że jedynka to pryśnięcie alkoholem, a zero to jego brak.

Jak wyjaśniają autorzy artykułu z PLoS ONE, ponieważ komunikacja bazuje na sygnałach chemicznych, a w zbiorniku odbiornika można przechowywać ograniczoną ilość alkoholu, wybrany schemat modulacji i demodulacji musiał minimalizować ilość stosowanego izopropanolu.

Wyobraźmy sobie wysyłanie szczegółowej informacji za pośrednictwem perfum. Choć pojawiają się skojarzenia z powieściami szpiegowskimi, to niesamowicie prosty sposób komunikacji. Oczywiście, ludzie opanowali krótkodystansową sygnalizację chemiczną, ale my poszliśmy o krok dalej, przesyłając na odległość kilku metrów ciągły strumień danych [...] - dodaje dr Weisi Guo ze Szkoły Inżynierii Uniwersytetu w Warwick.

Choć opisana metoda nie zastąpi fal elektromagnetycznych, to w tunelach, rurociągach i leżących głęboko pod ziemią strukturach sygnały chemiczne zapewniają skuteczniejszy sposób przekazywania danych z czujników, np. monitorujących stan konstrukcji czy przebieg procesów.

Naukowcy wspominają także o nanozastosowaniach wynalazku, np. w medycynie. Przy niewielkich skalach [...] posługiwanie się sygnałami elektromagnetycznymi wiąże się z pewnymi ograniczeniami, takimi jak stosunek wielkości anteny do długości fali. W przypadku komunikacji chemicznej nie trzeba się już tym martwić. Ponadto sygnały komunikacji molekularnej są biokompatybilne, a do ich wytworzenia i przemieszczenia potrzeba niewielkich nakładów energii.

komunikacja molekularna alkohol izopropanol odparowanie system binarny litery kodowanie modulacja demodulacja czujniki Nariman Farsad Weisi Guo