باکتری‌ها، آینده اینترنت چیزها را شکل می‌دهند

 
آی‌تی‌من- اینترنت اشیای بیو-نانو (IoBNT) به عنوان  زیر مجموعه اینترنت چیزها، مفهمومی است که حدود 5 سال از طرح آن می‌گذرد. خواص نانومواد، مانند گرافن، الهام بخش دانشمندان برای طرح ایده اینترنت اشیای نانو شد. اما به رغم اینکه نانو برای کاربردهای متعددی به عنوان فناوری توانمندساز مطرح است؛ ماهیت مصنوعی این مواد در اینترنت اشیای نانو، می‌تواند موجب آثار ناخواسته روی سلامت یا آلودگی محیط زیست شود.

به همین دلیل هم دانشمندان ایده اینترنت اشیای بیو-نانو را مطرح کردند. در این الگوی جدید، با استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی (synthetic biology) و ابزارهای فناوری نانو، امکان مهندسی ابزارهای رایانشی بیولوژیکی فراهم می‌شود. اشیای بیو-نانو بر اساس سلول‌های بیولوژیکی و خواص آنها در محدوده بیوشیمی، امکان توسعه کاربردهایی مانند سنجش درون تنی (intra-body sensing)، شبکه‌های تحریک (actuation networks) و کنترل عوامل سمی و آلودگی محیط زیست را فراهم می‌کند.

دانشمندان معتقدند که ابزارهای رایانشی که به روش بیولوژیکی ساخته می‌شوند، در آینده به اندازه ریزپردازشگرهای کنونی رایج و مورد استفاده خواهند بود. برای مثال DNA به عنوان حامل اطلاعات ژنتیکی و عنصر پایه کروموزوم‌ها، می‌تواند به عنوان یک رسانه ذخیره‌سازی داده‌ها مورد استفاده قرار بگیرد.

حالا محققان پیشنهاد کرده‌اند که می‌توان از میکروب‌ها در شبکه و ارتباطات در مقیاس نانو استفاده کرد و این ظرفیت، به ویژه برای اینترنت چیزها بسیار کاربردی است، زیرا برای فراگیری هر چه بیشتر این فناوری، مواردی همچون در دید نبودن و پنهان بودن، اهمیت دارد.

البته مزایای چشم‌انداز آلی و ارگانیک برای اینترنت چیزها، به ابعاد کوچک آن محدود نیست، بلکه ماهیت خودمختار باکتری‌ها و نیروی محرک ذاتی آنها نیز ویژگی‌های جذابی است.

در این تحقیق که دو دانشمند دانشگاه کویین مری لندن ارایه شده، محققان می‌نویسند که باکتری‌ها در واقع  دارای یک موتور پیشران طبیعی هستند.

البته تحقیقات درباره اینترنت اشیای بیو-نانو هم اکنون در مراحل ابتدایی است و این محققان دانشگاه کویین مری عمدتا به توضیح این فرضیه می‌پردازند که چگونه می‌توان از شباهت‌های بین باکتری و رایانش استفاده کرد.

رافایل کیم و استفان پوزلند، محققانی که این مقاله را ارایه‌ کرده‌اند، می‌نویسند: میکروب‌ها شباهت‌هایی با اجزای معمول تجهیزات اینترنت چیزها دارند و با این استدلال می‌توان نتیجه گرفت که باکتری‌ها می‌توانند به عنوان شکل زنده‌ای از تجهیزات اینترنت چیزها مدنظر قرار بگیرند. در واقع میکروب‌ها و باکتری‌ها را در مواردی همچون سنجش و حسگری، پردازش و کنترل و شبکه می‌توان مورد استفاده قرار داد.
 

شرح عکس: در تصویر شباهت‌های یک باکتری ای-کولای با یک ابزار اینترنت چیزهای مبتنی بر تراشه رزبری-پای به نمایش درآمده و نشان دهنده اجزای آناتومی باکتری است که مشابه تجهیزات کامپیوتری عمل می‌کنند.
 

باکتری قادر به تشخیص مواد شیمیایی، میدان‌های الکترومغناطیسی، نور، فشار مکانیکی و دما هستند؛ یعنی دقیقا همان چیزهایی  که برای ساخت حسگر مبتنی بر مدار چاپی سنتی لازم است. علاوه بر این، میکروب‌ها قابلیت واکنش دارند و برای مثال قادر به تولید پروتئین‌های رنگی هستند. علاوه بر این، واکنش میکروب‌ها نسبت به حسگرهای الکترونیکی موجود، دقیق‌تر است و میکروب‌ها می‌توانند حساس‌تر باشند.

از سوی دیگر، DNA در باکتری‌ها به عنوان واحد کنترل و هم زمان برای پردازش و ذخیره‌سازی داده‌ها کارایی دارد. دی‌ان‌ای ژنومی شامل دستورالعمل‌هایی برای برخی کاربردهاست و پلاسمید‌ها نیز که شکل دیگری از دی‌ان‌ای و مربوط به شیوه ورود ژن به اورگانیسم‌هاست، از طریق افزایش و کاهش ژن، عملکردهای اختصاصی را ایجاد می‌کند.

همان‌طور که گفته شد، باکتری‌ها برای شبکه‌سازی نیز کاربرد دارند. بنا به نوشته این محققان، اینترنت چیزهای باکتریایی، دارای فرستنده-گیرنده طبیعی نیز خواهد بود. در واقع ورود و خروج مولکول‌ها می‌تواند به عنوان یک روش سیگنالینگ درنظر گرفته شود و تبادل دی‌ان‌ای بین دو سلول شکل بگیرد. به این مفهوم ارتباطات مولکولی می‌گویند و از آن به عنوان نانوشبکه‌های باکتریایی یاد می‌شود.