Molekulare Kommunikation für industrielle Anwendungen
Herkömmliche drahtlose Kommunikationssysteme verwenden elektromagnetische (EM) Wellen zur Informationsübertragung. Dieser Ansatz ist für viele konventionelle Anwendungen, wie z. B. den Mobilfunk oder die Kabelübertragung, gut geeignet. Für Anwendungen, bei denen Netzwerkknoten mit Abmessungen im Nano- oder Mikrobereich kommunizieren müssen oder für Kommunikation in schwierigen Umgebungen, wie z. B. in Flüssigkeiten oder in explosiven Gasen, sind EM-basierte Kommunikationssysteme oft ungeeignet. Inspiriert durch die Kommunikation und Vernetzung bei Bakterien und Zellen wurde für solche Anwendungen das neue Konzept der molekularen Kommunikation (MK) vorgeschlagen. Dabei werden Moleküle oder sehr kleine Partikel mit Abmessungen im Mikro- bis Nanometerbereich als Informationsträger verwendet. Während die meisten Arbeiten bisher Nano- und Mikroanwendungen – oft mit biologischem oder medizinischem Bezug – im Fokus hatten, wird in diesem Projekt die Eignung von MK für makroskopische, industrielle Anwendungen untersucht. Dabei verspricht MK eine effiziente Kommunikation in Umgebungen, in denen EM-basierte drahtlose Kommunikation nicht anwendbar ist, wie etwa in chemischen Anlagen, flüssigkeitsdurchströmten Rohrleitungen wie Öl- oder Gaspipelines, Luftschächten oder anderen Tunnelsystemen.
Ziel des Projekts ist es, die Eignung von makroskopischer MK für industrielle Anwendungen zu erforschen. Zu diesem Zweck werden flüssigkeits- und luftbasierte makroskopische MK-Systeme entworfen und demonstriert. Schritt für Schritt entwickeln die Forscherinnen und Forscher alle notwendigen Funktionalitäten (z. B. Modulations-, Kanalschätz- und Detektionsverfahren) und Werkzeuge (z. B. analytische Methoden, effiziente Simulationsumgebungen, geeignete experimentelle Plattformen und Demonstratoren). Darüber hinaus erarbeiten sie konkrete Anwendungsszenarien („Use Cases“) für MK und evaluieren die jeweiligen Vor- und Nachteile der vorgeschlagenen MK-Konzepte im Vergleich zu existierenden Alternativlösungen.
MK ist ein vollkommen neues, noch relativ wenig erforschtes Konzept für nachrichtentechnische Systeme. Während sich MK-Systeme für Nano- und Mikroanwendungen in der Medizin wohl erst in einigen Jahrzehnten realisieren lassen, besteht gute Aussicht, dass makroskopische MK-Systeme für die Industrie in absehbarer Zeit umgesetzt werden können. Das Projekt legt hierfür den Grundstein, auf dem weitreichende Innovationen und Wertschöpfungen aufbauen können. Makroskopische MK-Systeme können überall dort zum Einsatz kommen, wo herkömmliche EM-basierte Systeme aufgrund des Ausbreitungsmediums ungeeignet oder unzulässig (z. B. wegen Explosionsgefahr) sind.