Qu’est-ce que la nanotechnologie et comment fonctionne-t-elle ?
De minuscules réseaux de machines artificielles existent actuellement à l’intérieur de votre corps. C'est en chacun de nous et dans presque tout. C'est ce qu'on appelle la nanotechnologie. Il a été introduit dans notre air, notre pluie, notre sol, nos plantes, nos animaux et dans chaque être humain. La nanotechnologie implique l'ingénierie et la manipulation d'atomes et de molécules à l'échelle nanométrique (1 à 1 000 nanomètres). Les particules à cette échelle sont appelées nanoparticules . C'est dans la plage de 1 à 100 nanomètres que se produisent les effets quantiques. C'est pourquoi certaines organisations ont tendance à mettre l'accent sur cette plage à l'échelle nanométrique, au point de définir les nanoparticules en tant que telles, ce qui est un terme inapproprié. "Les nanomatériaux peuvent être définis comme des substances physiques dont une seule unité a une taille (dans au moins une dimension) comprise entre 1 et 1 000 nanomètres (10 à 9 mètres), [mais] est généralement comprise entre 1 et 100 nm (la définition habituelle de l'échelle nanométrique) ".
Nanomatériaux
L’ingénierie des nanoparticules s’appelle la nanotechnologie. Le mot « nanoparticules » fait référence aux nanoparticules synthétiques fabriquées à partir de ce processus et sera utilisé comme synonyme de « nanotechnologie » tout au long de ce site Web.
La nanotechnologie présente dans notre corps se compose de nanoparticules artificielles et de machines à l'échelle nanométrique connues sous le nom de nanomachines ou nanobots. Ils contiennent des logiciels intégrés pour le stockage et l'exécution de tâches. Ils disposent d'émetteurs-récepteurs pour envoyer et recevoir des messages au niveau nano. Ils ont la capacité de se reproduire . Ils peuvent fabriquer et reproduire des composants et sont capables de s’auto-assembler . Ils sont équipés de nano-capteurs et d'actionneurs qui utilisent des technologies de communication à l'échelle nanométrique (Communication Moléculaire/Communication Nano Electromagnétique basée sur Terahertz). Ils contiennent également un générateur d'énergie qui récupère l'énergie du corps, qui peut stocker de l'énergie dans les cellules de la nanomachine et maintenir un courant électrique dans le logiciel.
Récupération d'énergie dans les nanosystèmes : alimenter la prochaine génération de l'Internet des objets
Crédit image : Blog de l’IFTF
Les nanomachines à l’intérieur du corps forment des nano-réseaux intra-corporels, appelés Internet des nano-objets (IoNT).
Les réseaux à l'intérieur de nous se connectent à des réseaux d'appareils extérieurs à nous, connus sous le nom d'Internet des objets (IoT).
Aides visuelles très utiles contenues ici :
Les nanocapteurs, biocapteurs ou Bionanocapteurs sont des nanostructures qui détectent et mesurent une variété de choses telles que les produits chimiques, la lumière, la température, les gaz, les champs électriques, les matériaux physiques ou biologiques à l'échelle nanométrique. Les « biocapteurs » sont des nanocapteurs dont la construction contient des éléments biologiques.
Il existe plusieurs façons de classer les types de nanocapteurs en fonction de leur structure et de leur application. Les nanocapteurs, ainsi que les nanoantennes et les nanoémetteurs-récepteurs, forment des réseaux de nanocapteurs sans fil (WNSN).
Les nanocapteurs sont utilisés dans tous les domaines, du diagnostic médical à l'électronique, en passant par la surveillance de la qualité de l'eau, la modification des conditions météorologiques, l'agriculture et la production alimentaire, en passant par l'emballage et le transport.
Biosensors are used in environmental monitoring in air, water and soil, food ‘safety’, drug delivery, treating disease, medical devices, and more.
There are several ways to categorize the types of nanosensors based on their structure and application. Nanosensors, along with nanoantennas, and nanotransceivers, form wireless nanosensor networks (WNSN’s).
Nanosensors are used in everything from medical diagnostics to electronics, monitoring water quality, weather modification, farming, to food production including packaging and transportation.
« Récemment, les nanocapteurs ont trouvé de nombreuses applications dans les domaines de la pharmacie, de la médecine, de l'industrie, etc. Les nanocapteurs peuvent être utilisés pour résoudre de nombreux problèmes humains et traiter des maladies, car ils peuvent facilement être adaptés à l'environnement. »
Nanocapteurs pour applications chimiques, biologiques et médicales
Dennis Bushnell, ancien scientifique en chef du Centre de recherche Langley de la NASA, parle dans ce clip de la grille mondiale de capteurs contenant 10 à 100 000 milliards de capteurs mis en réseau et surveillés par satellites, le tout d'ici 5 à 10 ans, selon le Pentagone. Cela a été enregistré en 2018.
Exemple de connectivité des termes « Internet des » trouvés ici , qui incluent l'Internet des nano-objets (IoNT). De nombreux sous-ensembles compartimentés distincts de l’Internet des objets (IoE) et de l’Internet des objets (IoT) se connectent les uns aux autres pour former un réseau connecté global unifié.
Les nanomachines communiquent entre elles à l’intérieur du corps. Ils communiquent également avec des appareils extérieurs au corps. Il existe de nombreux types de communication utilisés. Par souci de simplicité, seuls les principaux types seront abordés ici.
Des efforts visant à développer le cadre de communication à l’échelle nanométrique et moléculaire sont en cours par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association, connue sous le nom d’IEEE. Plus précisément, la pratique recommandée IEEE P1906.1 pour le cadre de communication à l'échelle nanométrique et moléculaire, qui est un groupe de normes IEEE parrainé par le conseil de développement des normes de l'IEEE Communications Society. L'IEEE est l'autorité de réglementation la plus importante au monde en matière de normes d'ingénierie et de communication. Ils couvrent toutes les nanotechnologies, y compris les nanomachines à bactéries conçues et la manière dont elles se connectent aux appareils de l'environnement.
(pour en savoir plus sur IEEE, cliquez ici )
Ian Akyildiz a contribué à la création du centre NaNoNetworking en Catalogne ( N3Cat ). Ils décrivent la communication des nanomachines comme telle : les nanoréseaux sont l'interconnexion des nanomachines et, en tant que tels, élargissent les capacités d'une seule nanomachine.
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(United Nations) International Telecommunications Union:
What Is Body Area Network (BAN)? -
Wireless Body Area Networks and Their Applications—A Review
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Analysis and Comparison of the IEEE 802.15.4 and 802.15.6 Wireless Standards Based on MAC Layer
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The first international standard for Wireless Body Area Networks (WBANs) (802.15.6) was published in 2012 by the IEEE. It was made for both medical and non-medical uses.
“Short-range, wireless communications in the vicinity of, or inside, a human body (but not limited to humans) are specified in this standard.”
IEEE Standard for Local and metropolitan area networks - Part 15.6: Wireless Body Area Networks -
“WBANs can be applied in the non-medical as well as the medical extending their technical application area.”
Hybrid security protocol for wireless body area networks -
NASA: Secure Intra-body Wireless Communications (SIWiC) System Project (2011)
Wireless Body Area Network (WBAN) and Body-to-Body Network (BBN or B2B)
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Moving Towards Body-to-Body Sensor Networks for Ubiquitous Applications: A Survey
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“Body-to-Body Networks (BBNs) have recently emerged as a promising solution for monitoring the people behavior and their Interactions with the surrounding environment. The BBN consists of several WBANs, which in turn are composed of sensor nodes that are usually placed in clothes, on the body or under the skin. These sensors collect information about the person and send it to the sink (i.e., a Mobile Terminal (MT) or a PDA), in order to be processed or relayed to other networks…BBN can be implemented in both medical and non-medical applications.”
A Game Theoretical Approach for Interference Mitigation in Body-to-Body Networks
Human skin serving as a layer of wireless computer networking:
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Intra-body Communication (IBC) is listed as the third physical layer (the skin) in the IEEE 802.15.6 standard for Wireless Body Area Networks (WBAN) as Human Body Communication (HBC).
Intra-body Communication (IBC) -
Analysis and Comparison of the IEEE 802.15.4 and 802.15.6 Wireless Standards Based on MAC Layer
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“The PLCP Protocol Data Unit (PPDU) is a fundamental concept in wireless communication systems, particularly in the context of the Physical Layer Convergence Protocol (PLCP). The PLCP is responsible for managing the transmission of data over the physical medium, ensuring reliable and efficient communication between devices…The PLCP is a critical component of the IEEE 802.11 standard…”
PPDU PLCP Protocol Data Unit
The Internet of Bio-Nano-Things (IoBNT) and Wireless Body Area Network (WBAN) use biocyber interfaces to connect with the Internet of Things (IoT).
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“The interconnection of the biological world and the cyber world of the Internet is made possible by a powerful hybrid device called Bio Cyber Interface. Bio Cyber Interface translates biochemical signals from in-body nanonetworks into electromagnetic signals and vice versa. Bio Cyber Interface can be designed using several technologies.”
Source -
A Review on Bio-Cyber Interfaces for Intrabody Molecular Communications Systems
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A Survey on Interference Mitigation for Wireless Body Area Networks
Both the WBAN, which has existed prior to 2004, and the IoBNT, continue to be developed.
The first international standard for Wireless Body Area Networks (WBANs) (802.15.6) was published in 2012 by the IEEE. It was made for both medical and non-medical uses.
“Short-range, wireless communications in the vicinity of, or inside, a human body (but not limited to humans) are specified in this standard.”
Coinciding with that standard, nanoscale antenna made from graphene were being developed.
According to Professor Akyildiz, as seen in the video the clip below, they had tried to apply for the patent on graphene-based plasmonic nano-antenna earlier on. However, the CIA had prevented it until the release of the patent by the CIA in 2017.
Ian Akyildiz helped form The NaNoNetworking Center in Catalonia (N3Cat). They describe the communication of nanomachines as such: Nanonetworks are the interconnection of nanomachines, and as such expand the capabilities of a single nanomachine.
Plusieurs réseaux à l'échelle nanométrique installés à l'intérieur des humains utilisant la bande Terahertz et MAC sont abordés dans ce document. Il nécessite Bluetooth et Near Field Communications (NFC), que l'on retrouve dans les appareils intelligents tels que les téléphones portables.
“…THz communication acts as a bridge, facilitating the conversion of information between the molecular domain (inside the body) and the electromagnetic domain (outside the body).”
Pour des informations plus détaillées sur le fonctionnement de la communication Internet des nano-objets (IoNT) dans THz, veuillez consulter cette interview avec Josep Jornet (ignorez les 6 premières minutes) :
How Terahertz relates to gene editing:
“Unwinding the double helix of the DNA molecule is the basis of gene duplication and gene editing, and the acceleration of this unwinding process is crucial to the rapid detection of genetic information. Based on the unwinding of six-base-pair DNA duplexes, we demonstrate that a terahertz stimulus at a characteristic frequency (44.0 THz) can serve as an efficient, nonthermal, and long-range method to accelerate the unwinding process of DNA duplexes.”
Comment la 5G et la 6G se connectent aux nanoréseaux :
Plasmoniques :
La plasmonique (également connue sous le nom de nanoplasmonique) est une forme de communication nanomachine qui consiste à envoyer, recevoir et manipuler des signaux optiques. Le graphène en relation avec la plasmonique a joué un rôle clé dans le développement et l'utilisation des nanomachines.
"Une nanoparticule [plasmonique] peut être décrite comme une antenne, améliorant l'émission de lumière rayonnant dans le champ lointain, ce qui est cohérent avec d'autres signaux spectroscopiques améliorés par le plasmon en augmentant l'absorption ou l'émission de photons."
Des exemples de plasmoniques nanoscopiques sont l'oxyde de graphène, le nano-or, l'oxyde de fer et le dioxyde de titane.
Des oxydes de fer et du dioxyde de titane sont ajoutés à nos aliments et à nos médicaments .
Des nanotiges d'or se trouvent dans l'air et sont utilisées dans les aérosols destinés à la géo-ingénierie .
Le dioxyde de titane est également présent dans les crèmes solaires et les cosmétiques : les plasmoniques améliorent la pénétration cutanée .
L'oxyde de graphène est utilisé dans le domaine de la santé et dans les aérosols pour la géo-ingénierie .
L'oxyde de graphène et l'oxyde de fer, en plus d'être plasmoniques, sont également magnétiques.
L'optogénétique est un domaine de la nanotechnologie qui implique l'utilisation de la lumière pour manipuler des neurones spécifiques afin de contrôler leur comportement, la reprogrammation sans fil du génome, etc. Les interfaces optiques nano-bio connectent les réseaux biologiques aux systèmes informatiques électroniques traditionnels.
L'optogénétique est un domaine de la nanotechnologie qui implique l'utilisation de la lumière pour manipuler des neurones spécifiques afin de contrôler leur comportement, la reprogrammation sans fil du génome, etc. Les interfaces optiques nano-bio connectent les réseaux biologiques aux systèmes informatiques électroniques traditionnels.
L'optogénétique est un domaine de la nanotechnologie qui implique l'utilisation de la lumière pour manipuler des neurones spécifiques afin de contrôler leur comportement, la reprogrammation sans fil du génome, etc. Les interfaces optiques nano-bio connectent les réseaux biologiques aux systèmes informatiques électroniques traditionnels.
"L'optogénétique est une approche élégante permettant de contrôler et de surveiller avec précision les fonctions biologiques d'une cellule, d'un groupe de cellules, de tissus ou d'organes avec une résolution temporelle et spatiale élevée en utilisant un système optique et des technologies de génie génétique."
"Les molécules fluorescentes, telles que les protéines fluorescentes, les points quantiques et les colorants organiques, peuvent également être utilisées pour réaliser une interface optique sélective en longueur d'onde. Des molécules de colorants organiques ont été utilisées comme antennes nanotransceptrices pour des nanoréseaux moléculaires basés sur FRET. Elles agissent comme des molécules uniques. des interfaces optiques qui reçoivent des signaux de commande optiques d'une source externe et les transmettent de manière non radiative dans un nanoréseau basé sur FRET.
Certaines nanomachines sont photomécaniques, c'est-à-dire qu'elles bougent lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Ils contiennent des fibres de cristaux photochimiques. Certaines nanomachines peuvent également bouger lorsqu’elles sont exposées à des champs magnétiques. Ils entrent dans les catégories de l’optogénétique et/ou de la magnétogénétique.
(Crédit photo : Rabih O. Al-Kaysi, à partir du lien ci-dessous)
"Il ressemble à une araignée et se précipite comme une araignée,
mais c'est en fait un petit moteur fabriqué à partir de
molécules cristallisées qui bougent lorsqu'elles sont exposées à la lumière.
(Crédit photo : Rabih O. Al-Kaysi, à partir du lien ci-dessous)
"Il ressemble à une araignée et se précipite comme une araignée,
mais c'est en fait un petit moteur fabriqué à partir de
molécules cristallisées qui bougent lorsqu'elles sont exposées à la lumière.
(Crédit photo : Rabih O. Al-Kaysi, à partir du lien ci-dessous)
"Il ressemble à une araignée et se précipite comme une araignée,
mais c'est en fait un petit moteur fabriqué à partir de
molécules cristallisées qui bougent lorsqu'elles sont exposées à la lumière.
« Le système d'édition du génome connu sous le nom de CRISPR permet aux scientifiques de supprimer ou de remplacer n'importe quel gène cible dans une cellule vivante. Les chercheurs du MIT ont désormais ajouté une couche supplémentaire de contrôle sur le moment et le lieu où cette modification génétique se produit, en rendant le système sensible à la lumière.
« Le système d'édition du génome connu sous le nom de CRISPR permet aux scientifiques de supprimer ou de remplacer n'importe quel gène cible dans une cellule vivante. Les chercheurs du MIT ont désormais ajouté une couche supplémentaire de contrôle sur le moment et le lieu où cette modification génétique se produit, en rendant le système sensible à la lumière.
« Le système d'édition du génome connu sous le nom de CRISPR permet aux scientifiques de supprimer ou de remplacer n'importe quel gène cible dans une cellule vivante. Les chercheurs du MIT ont désormais ajouté une couche supplémentaire de contrôle sur le moment et le lieu où cette modification génétique se produit, en rendant le système sensible à la lumière.
« Le système d'édition du génome connu sous le nom de CRISPR permet aux scientifiques de supprimer ou de remplacer n'importe quel gène cible dans une cellule vivante. Les chercheurs du MIT ont désormais ajouté une couche supplémentaire de contrôle sur le moment et le lieu où cette modification génétique se produit, en rendant le système sensible à la lumière.
« Le système d'édition du génome connu sous le nom de CRISPR permet aux scientifiques de supprimer ou de remplacer n'importe quel gène cible dans une cellule vivante. Les chercheurs du MIT ont désormais ajouté une couche supplémentaire de contrôle sur le moment et le lieu où cette modification génétique se produit, en rendant le système sensible à la lumière.
Optogénétique et smartphones :
Construction de commutateurs optogénétiques contrôlés par smartphone dans des cellules de mammifères
Détection bactérienne sur smartphone à l'aide de nanoparticules fluorescentes biofonctionnalisées
Vers des analyses à flux latéral de nouvelle génération : intégration de nanomatériaux
Système de biocapteur microfluidique automatique basé sur un smartphone au point d'intervention
Visible Light Communication (VLC):
“In telecommunications, visible light communication (VLC) is the the use of visible light…as a transmission medium. VLC is a subset of optical wireless technologies.
The technology uses fluorescent lamps (ordinary lamps, not special communications devices) to transmit signals…over short distances.
Specially designed electronic devices generally containing a photodiode receive signals from light sources, although in some cases a cell phone camera or a digital camera will be sufficient.”
Wikipedia: Visible light communication
An Introduction to Visible Light Communication (VLC) (video)
“The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) has standardized the physical layer (PHY) and medium access control (MAC) sublayer for short-range optical wireless communications (OWC), including VLC and optical camera communications (OCC).”
Experimental Measurements of a Joint 5G-VLC Communication for Future Vehicular Networks
A Wide-Area Coverage 35 Gb/s Visible Light Communications Link for Indoor Wireless Applications
Data Transmission via Visible Light Communication (VLC) Technique
Visible Light Communication System Technology Review: Devices, Architectures, and Applications
Points quantiques:
Les points quantiques sont des nanoparticules semi-conductrices élémentaires mesurant entre 1,5 et 10 nanomètres.
Quelques exemples peuvent être trouvés ici en sélectionnant « Quantum Dots » dans le menu. Ils constituent une liste de matériaux semi-conducteurs disponibles fabriqués par American Elements .
L’ingénierie des réseaux utilise un processus mené à l’échelle nanométrique appelé « dopage » dans lequel des particules conductrices (appelées « impuretés ») sont ajoutées à des matériaux semi-conducteurs et non conducteurs.
"Dans la production de semi-conducteurs, le dopage est l'introduction intentionnelle d'impuretés dans un semi-conducteur intrinsèque dans le but de moduler ses propriétés électriques, optiques et structurelles. Le matériau dopé est appelé semi-conducteur extrinsèque."
Définition Wikipédia du « dopage »
"Le corps humain agit comme un semi-conducteur ; sa résistance varie donc avec la tension. La réglementation électrotechnique basse tension (valeur moyenne) fixe la valeur de la résistance électrique du corps humain à 2 500 Ohms."
Résistance électrique du corps humain
Les exemples de semi-conducteurs à oxyde du lien précédent incluent l'oxyde de fer, le dioxyde de titane, le dioxyde de titane anatole et l'oxyde de zinc rutile, qui sont tous approuvés par la FDA en tant qu'additifs alimentaires.
Lorsqu'ils sont ingérés, les humains deviennent le semi-conducteur, car ces points quantiques améliorent la conductivité du corps.
3D printing is bioprinting.
When scientists refer to printing, they're referring to 3D and 4D bioprinting. 3D and 4D bioprinting involve programmable shape-shifting nanotechnology enabled smart materials. Smart materials can change their properties according to external stimuli (such as temperature, force, moisture, electric charge, magnetic fields and pH) and/or their environment.
How 3D Printing is the Key to Nanotechnology (video)
Marriage of synthetic biology and 3D printing produces programmable living materials
3D and 4D bioprinting is used in medical, engineering, food, and more.
4D printing technology in medical engineering: a narrative review
Forever and Ever: 3D-Printed Magnetic Liquids
alternate link:
Forever and Ever 3D printed magnetic liquids from Policy Horizons
A review on 3D printed smart devices for 4D printing
3D bioprinting in food:
3D bioprinting in vertical farming:
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Vertical Farms of the Future Require Genetically Edited Plants, Says Scientist
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How 3D Printing, Vertical Farming, and Materials Science Are Overhauling Food
3D bioprinting in fast food:
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This 3D-Printed Chicken Breast Was Cooked With Frickin’ Lasers
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KFC moves to add 3D-printed chicken nuggets with lab-grown meat to its menu
3D bioprinting in Covid shots:
The NIH tells us 3D printed magnetic microfluids are used in the making of Covid shots. Elon Musk and his Tesla 3D molecule printer played a significant role in this:
3D bioprinting used in the making of healthcare equipment (face masks, face shields, rapid detection kits, testing swabs, biosensors, and various ventilator components):
3D bioprinting of human organs:
Reprogramming Human Cells:
“Human Cell Engineering" involves inserting new DNA code into human beings with the Lentivirus, a special type of virus used in genetic engineering. Lentivirus is a "plasmid" based on the HIV-1 virus. It is able to "infect" human cells (eukaryotic cells) and inject new DNA code into human cell DNA.
This technique, upon cell replication, would enable human cell reprogramming.
The Capability To Wirelessly Edit Your Genome:
CRISPR & DREADDS:
CRISPR stands for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.
DREADDS stands for Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs.
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Internet of Bodies (IoB)- Using CRISPR to electrically connect with and control the genome
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Scientists Used CRISPR To Turn a Cell Into a Biological Computer
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A CRISPR/Cas9-based central processing unit to program complex logic computation in human cells
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Futuristic CRISPR-based biosensing in the cloud and internet of things era: an overview
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Use of CRISPR systems in plant genome editing: Toward new opportunities in agriculture
Cello:
A human made programming language that allows doctors and others to reprogram engineered bacteria to perform whatever is needed in the human body, remotely and wirelessly.
Bi-Fi:
Biological Internet and communication through a biological communication network embedded in human bodies. It uses an innocuous bacterial virus to send information from cell to cell.
Stanford Bioengineers Introduce Bi-Fi: The Biological Internet
MI-FI technology:
Biofield:
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According to the CIA, “A special feature of biofield interactions is the transfer of information from one biofield structure to another.”
CIA: Informational Interaction of Isolated Systems Without Energy Transfer -
Biofield Science and Healing: History, Terminology, and Concepts
Biomimetics:
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Biomimetic Nanomaterials: Diversity, Technology, and Biomedical Applications:
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Bioinspired and biomimetic micro- and nanostructures in biomedicine
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Biomimetic nanostructures/cues as drug delivery systems: a review
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IEE: Bio-inspired, Biomimetics, and Biohybrid (Cyborg) Systems
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Nanobots and Nanotubes: Two Alternative Biomimetic Paradigms of Nanotechnology
Human Digital Twins:
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Human Digital Twin (HDT): The Human-Specific Variant of the Information Digital Twin
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Human Digital Twins: Creating New Value Beyond the Constraints of the Real World
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The rise of human digital twins and why we’re virtually cloning people
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IEEE: Self-Maintained Network Digital Twin for Human-Centric Wireless Metaverse
Radar based human activity recognition:
“Radar systems are increasingly being employed in healthcare applications for human activity recognition [HAR]…”
“Extensive research showed that the physiological response of human tissue to exposure to low-frequency electromagnetic fields is the induction of an electric current in the body segments. As a result, each segment of the human body behaves as a relay, which retransmits the radio-frequency (RF) signal. To investigate the impact of this phenomenon on the Doppler characteristics of the received RF signal, we introduce a new three-dimensional (3D) non-stationary channel model to describe the propagation phenomenon taking place in an indoor environment.”
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“Behavior perception is the key to human–computer interaction technology, which has applications in smart homes, health care, security, and other fields. The radar system with electromagnetic waves as the information carrier can be used for the perception and recognition of human behavior.”
A micro-Doppler spectrogram denoising algorithm for radar human activity recognition -
Orientation-Independent Human Activity Recognition Using Complementary Radio Frequency Sensing
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RadHAR: Human Activity Recognition from Point Clouds Generated through a Millimeter-wave Radar
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DIAT-ΜRADHAR: Radar Micro-Doppler Signature Dataset For Human Suspicious Activity Recognition
Further study: