(PhysOrg.com) -- Tror du att framtiden för kommunikation är 4G? Tänk om. Forskare vid Georgia Institute of Technology arbetar med kommunikationslösningar för nätverk så futuristiska att de inte ens existerar ännu.

Teamet undersöker hur man får enheter en miljon gånger mindre än längden på en myra för att kommunicera med varandra för att bilda nanonätverk. Och de använder en annan syn på "cellulär" kommunikation - nämligen hur bakterier kommunicerar med varandra - för att hitta en lösning.

Georgia Tech professor i elektro- och datateknik Ian Akyildiz och hans forskargrupp—Faramarz Fekri, professor i elektro- och datateknik; Craig Forest, biträdande professor i maskinteknik; Brian Hammer, biträdande professor i biologi; och Raghupathy Sivakumar, professor i el- och datorteknik – tilldelades nyligen ett anslag på 3 miljoner dollar från National Science Foundation för projektet.

Under de kommande fyra åren, teamet kommer att studera hur bakterier kommunicerar med varandra på molekylär nivå för att se om samma principer kan tillämpas på hur nanoenheter en dag kommer att kommunicera för att bilda nätverk i nanoskala.

Om laget är framgångsrikt, applikationerna för intelligenta, kommunikativa nanonätverk kan vara omfattande och potentiellt livsförändrande.

"Maskinerna i nanoskala kan potentiellt injiceras i blodet, cirkulerar i kroppen för att upptäcka virus, bakterier och tumörer, sade Akyildiz, huvudutredare för studien. "Alla dessa sjukdomar - cancer, diabetes, Alzheimers, astma, vad du än kan tänka dig – de kommer att vara historia genom åren. Och det är bara en ansökan."

Nanoteknik är studien av att manipulera materia i atomär och molekylär skala, där unika fenomen möjliggör nya tillämpningar som inte är möjliga när man arbetar med bulkmaterial eller till och med enstaka atomer eller molekyler. Rent generellt, nanoteknik handlar om att utveckla material, anordningar eller strukturer som har minst en dimension i storleken från 1 till 100 nanometer. En nanometer är en miljarddels meter.

De flesta enheter i nanoskala som finns för närvarande är primitiva, Akyildiz sa, men med kommunikation skulle enheterna kunna samarbeta och ha en kollektiv intelligens.

Det är frågan som forskare tar itu med – hur skulle sådana nanonätverk kommunicera? På grund av deras storlek, klassiska kommunikationslösningar kommer inte att fungera. Teamet riktar sin uppmärksamhet mot naturen för inspiration.

"Vi insåg att naturen redan har alla dessa nanomaskiner. Mänskliga celler är perfekta exempel på nanomaskiner och detsamma gäller bakterier, ” sa Akyildiz. "Och så, det bästa för oss är att titta på bakteriers beteende och lära oss hur bakterier kommunicerar och använda dessa naturliga lösningar för att utveckla lösningar för framtida kommunikationsproblem."

Bakterier använder kemiska signaler för att kommunicera med varandra genom en process som kallas kvorumavkänning, vilket gör att en population av encelliga mikrober kan arbeta som en flercellig organism. Ursprungligen upptäckt för flera decennier sedan i ovanliga bioluminescerande marina bakterier, man tror nu att alla bakterier "pratar" med varandra med kemiska signaler.

Mikrobiologer börjar lära sig de "språk" som bakterier talar och vilka aktiviteter som styrs av denna cellulära kommunikation. Många sjukdomsframkallande patogena bakterier använder kvorumavkänning för att slå på sina toxiner och andra faktorer för att använda mot en värd. Potentiella terapier utvecklas för närvarande av vissa forskare som är utformade för att störa kvorumavkänning av infektiösa bakterier.

"En enda patogen bakterie i din kropp är osannolikt att döda dig, sade Hammer, en mikrobiell genetiker. "Men eftersom de kommunicerar, hela gruppen orkestrerar detta koordinerade beteende med hjälp av kemisk kommunikation och slutresultatet är att de arbetar som en grupp för att döda sin värd. Så kan vi använda samma information på ett positivt sätt genom att utnyttja och förstå gränserna för kommunikationen?”

Georgia Tech forskare Hammer och Forest kommer att fokusera på experiment för att bättre förstå elementen i bakteriell kommunikation, och arbeta sedan med el- och datateknikexperterna i teamet för att översätta deras resultat till en möjlig kommunikationsmodell för nanonätverk.

"Det här är verkligen revolutionerande forskning, sa Fekri, professor i elektro- och datateknik. "Ingen har tittat på de här frågorna tidigare. Vi hanterar de stora utmaningarna. Det kommer att krävas mycket talang och hårt arbete för att ta itu med dem."

Projektet förväntas bana väg för forskning inom nanoskalakommunikation. Utbudet av applikationer för nanonätverk är otroligt brett, från intrakroppsnätverk för hälsoövervakning, cancerdetektering eller läkemedelsleverans till kemiska och biologiska attackförebyggande system.

I slutet av fyra år, teamet hoppas kunna visa de grundläggande och grundläggande teorierna för kommunikation av nanoenheter. De hoppas också kunna utveckla ett simuleringsverktyg som allmänheten kan använda för att se hur maskiner kan efterlikna bakteriekommunikation, vilket förhoppningsvis kommer att locka andra forskare att engagera sig i att undersöka detta område vidare.

”Befintliga paradigm för nätverksprotokoll och algoritmer gäller inte längre. Detta är bortom gränserna för nätverksforskning, ” sa Sivakumar. "Det är verkligen något som kan förändra saker och ting och ingen har gjort det här tidigare."

En stor styrka hos forskargruppen Georgia Tech är dess tvärvetenskapliga karaktär.

"Vi är glada över att kombinera vetenskap och teknik samt våra respektive verktygsuppsättningar, oavsett om genteknik, genetisk avkänning eller nätverkskommunikationsteori för att tackla detta problem på systemnivå - denna stora utmaning inom nanoteknik, sa Forest, expert inom biomedicinsk teknik.