شبکه‌های نانویی
نانوماشین‌ها و ارتباط میان آن‌ها > معماری نانوماشین

بنابر هدف ساخت و کاربرد نانوماشین‌ها، می‌توان اجزای متفاوتی را در ساختار آن‌ها در نظر گرفت. اما به‌طور کلی، کامل‌ترین معماری برای یک نانوماشین، می‌تواند شامل اجزای ساختاری زیر باشد[۶]:
واحد کنترلی: هدف این واحد اجرای دستورالعمل‌ها برای انجام وظیفه مورد نظر است. برای رسیدن به این هدف، این واحد باید قادر به کنترل تمام واحدهای دیگر نانوماشین باشد. ضمناً این واحد می‌تواند شامل یک واحد حافظه برای ذخیره اطلاعات نانوماشین نیز باشد.
واحد مخابراتی: این واحد شامل فرستنده-گیرنده‌ای است که اطلاعات مقیاس نانو (مثلاً مولکول‌ها) را ارسال و دریافت می‌کند.
واحد تولیدمثل و بازآفرینی: وظیفه این واحد، تولید هر جزء از نانوماشین با استفاده از اجزای بیرونی و سپس همگذاری این اجزا برای همانندسازی نانوماشین است. این واحد توسط تمام دستورالعمل‌هایی مدیریت می‌شود که امکان عملیات تولیدمثل را فراهم می‌کنند (مانند هسته سلول حاوی کدهای ژنتیکی).
واحد تأمین نیرو: این واحد برای تأمین توان مورد نیاز کلیه واحدهای نانوماشین درنظرگرفته‌شده‌است. این واحد می‌تواند انرژی را از منابع بیرونی مانند نور و دمای محیط استخراج کرده و برای توزیع و استفاده‌های بعدی ذخیره‌کند.
حسگرها و عملگرها: مشابه واحد مخابراتی، این اجزاء به‌عنوان یک واسط میان محیط و نانوماشین عمل می‌کنند. از حسگرها و عملگرهای مختلفی (مانند حسگرهای شیمیایی، حسگرهای دما، گیره‌ها، پمپ‌ها، موتورها و مکانیزم‌های حرکتی دیگر) می‌توان در نانوماشین‌ها استفاده‌کرد.
در حال حاضر، نمی‌توانیم چنین نانوماشین پیچیده‌ای را بسازیم اما سیستم‌های متعالی زیستی مانند سلول‌های زنده، با این معماری مورد انتظار در طبیعت موجودند. طبق روش زیست-ترکیبی، این مدل‌های زیستی می‌توانند به یادگیری و درک اصول حاکم بر نحوه عملکرد نانوماشین‌ها و فعل‌وانفعالات آن‌ها کمک شایانی کنند.
شبکه‌های نانویی حاصل، قابلیت‌ها و کاربردهای نانوماشین‌ها را به روش‌های زیر توسعه خواهد داد:
- نانوماشین‌هایی مانند حسگرهای شیمیایی، نانودریچه‌ها، نانوسوئیچ‌ها یا بالابرهای مولکولی، به‌تنهایی نمی‌توانند کارهای پیچیده‌ای انجام دهند. تبادل اطلاعات و فرمان‌ها میان نانوماشین‌های شبکه‌شده به آن‌ها اجازه می‌دهد که به‌صورت مشارکتی و هماهنگ کارهای پیچیده‌تری مانند انتقال دارو در داخل بدن انسان یا درمان بیماری‌ها را انجام دهند[۴].
- فضای کاری یک نانوماشین واحد بسیار محدود است. شبکه‌های نانویی امکان گسترش چگال نانوماشین‌های به‌هم مرتبط در محیط را فراهم می‌کنند؛ بنابراین، قادرخواهیم بود سناریوهای عملیاتی بزرگتری مانند دیده‌بانی و کنترل عامل‌های شیمیایی را در محیط پیرامون انجام دهیم[۳۶].
- در بعضی از سناریوهای کاربردی، باید نانوماشین‌ها در یک محیط بزرگ (در بازه متر تا کیلومتر) پخش شوند. در این حالت‌ها، کنترل یک نانوماشین خاص به‌دلیل اندازه بسیار کوچکش، شدیداً دشوار است. شبکه‌های نانویی، از طریق مکانیزم‌های همه‌پخشی و ارتباطات چندگامی تعامل با نانوماشین راه‌دور را فراهم می‌کنند. می‌توان توسط ابزارهای ارتباطی نانومکانیکی، صوتی، الکترومغناطیسی، شیمیایی و مولکولی، میان نانوماشین‌ها ارتباط برقرار کرد. ارتباط نانومکانیکی، به‌صورت انتقال اطلاعات از طریق اتصال مکانیکی فرستنده و گیرنده میسر می‌شود و باید میان فرستنده و گیرنده اتصال مستقیم وجود داشته باشد و در ارتباط صوتی، پیام انتقالی بر روی امواج صوتی (به‌صورت تغییرات فشار) کدگذاری می‌گردد. مخابرات کوانتومی، بر استفاده از مواد نیمه هادی در مقیاس اتمی و مدولاسیون امواج الکترومغناطیسی برای انتقال اطلاعات مبتنی است و مخابرات مولکولی از مولکول‌ها به‌عنوان پیام میان فرستنده و گیرنده‌ای استفاده می‌کند که ممکن است در فاصله زیادی از یکدیگر قرار داشته باشند[۴۶].