Forschungsthema

Zur Übermittlung von Nachrichten über Entfernungen im Sub-Millimeter-Bereich sind elektromagnetische Wellen aufgrund der theoretisch notwendigen kurzen Wellenlängen nicht mehr geeignet. In biologischen Systemen dienen stattdessen Partikel als Informationsträger, die durch Diffusion und Advektion von der Quelle zum Empfänger transportiert werden.

Die Ausschüttung von Molekülen und anderen Partikeln an der Quelle erhöht so auch deren Konzentration am Empfänger und kann dort detektiert werden. Um eine Überlastung des Detektors durch neu ausgeschüttete Partikel zu verhindern, sind Mechanismen notwendig, die für eine Entfernung überschüssiger Partikel nach der Detektion sorgen.

Als eine Möglichkeit wurden chemische Reaktion mit Enzymen vorgeschlagen. Sie wandeln informationstragende Partikel um in andere Verbindungen, die die Detektion von neu ausgeschütteten Informationsträgern nicht stören. Der Symbolabstand zwischen sicher detektierbaren Ausschüttungen wird damit durch die Dynamik der Enzymreaktion bestimmt.

Die zugehörigen Reaktionsgleichungen enthalten Produkte der beteiligten Stoffkonzentrationen und sind daher nichtlinear. Sie können vereinfacht werden durch Approximationen für  verschiedene Zeitskalen. Damit ist es möglich, den Informationskanal zwischen Quelle und Empfänger direkt durch die chemischen Eigenschaften der Enzymreaktion zu beschreiben.

Da mögliche Anwendungen der molekularen Kommunikation noch visionär sind, haben diese Arbeiten grundlegenden Charakter. Sie werden in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für digitale Kommunikation (Prof. R. Schober) durchgeführt.