Cos'è la nanotecnologia e come funziona?
In questo momento all'interno del nostro corpo esistono minuscole reti di macchinari ingegnerizzati. È in tutti noi e in quasi ogni cosa. Si chiama nanotecnologia. È stato immesso nella nostra aria, nella pioggia, nel suolo, nelle piante, negli animali e in ogni essere umano. La nanotecnologia implica la progettazione e la manipolazione di atomi e molecole su scala nanometrica (1-1.000 nanometri). Le particelle in questa scala sono chiamate nanoparticelle . L’intervallo di scala da 1 a 100 nanometri è quello in cui si verificano gli effetti quantistici, motivo per cui alcune organizzazioni tendono a enfatizzare questo intervallo all’interno della nanoscala al punto da definire le nanoparticelle come tali, il che è un termine improprio. "I nanomateriali possono essere definiti come sostanze fisiche di cui una singola unità ha dimensioni (in almeno una dimensione) comprese tra 1 e 1000 nanometri (10-9 metri), [ma] solitamente è compresa tra 1 e 100 nm (la definizione usuale di nanoscala) ."
Nanomateriali
L'ingegneria delle nanoparticelle si chiama nanotecnologia. La parola "nanoparticelle" si riferisce alle nanoparticelle sintetiche ottenute mediante questo processo e sarà utilizzata come sinonimo di "nanotecnologia" in tutto questo sito web.
La nanotecnologia nel nostro corpo è costituita da nanoparticelle ingegnerizzate e macchinari su scala nanometrica noti come nanomacchine o nanobot. Contengono software incorporato per l'archiviazione e l'esecuzione di attività. Hanno ricetrasmettitori per inviare e ricevere messaggi a livello nanometrico. Hanno la capacità di riprodursi . Possono fabbricare e replicare componenti e sono in grado di autoassemblarsi . Sono dotati di nanosensori e attuatori che utilizzano tecnologie di comunicazione su scala nanometrica (comunicazione molecolare/comunicazione nanoelettromagnetica basata su Terahertz). Contengono anche un generatore di energia che raccoglie energia dal corpo, che può immagazzinare energia nelle cellule all'interno della nanomacchina e mantenere una corrente elettrica nel software.
Credito immagine: blog IFTF
Le nanomacchine all’interno del corpo formano nanoreti intracorporee, chiamate Internet delle Nano-Cose (IoNT).
Le reti dentro di noi si connettono a reti di dispositivi esterni a noi, note come Internet delle cose (IoT).
Aiuti visivi molto utili contenuti qui:
Nanosensori, biosensori o bionanosensori sono nanostrutture che rilevano e misurano una varietà di cose come sostanze chimiche, luce, temperatura, gas, campi elettrici, materiali fisici o biologici su scala nanometrica. I “ biosensori ” sono nanosensori che contengono elementi biologici nella loro costruzione.
Esistono diversi modi per classificare i tipi di nanosensori in base alla loro struttura e applicazione. I nanosensori, insieme alle nanoantenne e ai nanotransceiver, formano reti di nanosensori wireless (WNSN).
I nanosensori sono utilizzati in tutto, dalla diagnostica medica all'elettronica, al monitoraggio della qualità dell'acqua, alla modificazione del clima, all'agricoltura, alla produzione alimentare, compresi l'imballaggio e il trasporto.
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.
"Recentemente, i nanosensori hanno trovato molte applicazioni nei campi della farmacia, della medicina, dell'industria, ecc. I nanosensori possono essere utilizzati per risolvere molti problemi umani e curare le malattie poiché possono essere facilmente adattati all'ambiente."
Dennis Bushnell, ex capo scienziato della NASA Langley Research Center, parla in questo clip della griglia globale di sensori contenente 10-100 trilioni di sensori collegati in rete e monitorati dai satelliti, il tutto entro 5-10 anni, secondo il Pentagono. Questo è stato registrato nel 2018.
Esempio della connessione dei termini "Internet of" trovati qui , che includono Internet of Nano-Things (IoNT). Molti sottoinsiemi separati e compartimentati dell’Internet of Everything (IoE) e dell’Internet of Things (IoT) si connettono tra loro per formare un’unica rete connessa unificata complessiva.
Le nanomacchine comunicano tra loro all'interno del corpo. Comunicano anche con dispositivi esterni al corpo. Ci sono molti tipi di comunicazione utilizzati. Per ragioni di semplicità verranno qui discusse solo le tipologie principali.
Gli sforzi per sviluppare il quadro per la comunicazione molecolare e su scala nanometrica sono in corso da parte dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association, noto come IEEE. Più specificamente, IEEE P1906.1 Recommendation Practice for Nanoscale and Molecular Communication Framework, che è un gruppo di standard IEEE sponsorizzato dall'IEEE Communications Society Standards Development Board. L'IEEE è la più importante autorità di regolamentazione sugli standard di ingegneria e comunicazione per il mondo intero. Coprono tutta la nanotecnologia, comprese le nanomacchine batteriche ingegnerizzate e il modo in cui si collegano ai dispositivi nell'ambiente.
(per ulteriori informazioni su IEEE, fare clic qui )
Ian Akyildiz ha contribuito a formare il Centro NaNoNetworking in Catalogna ( N3Cat ). Descrivono la comunicazione delle nanomacchine come tale: le nanoreti sono l'interconnessione di nanomacchine e come tali espandono le capacità di una singola nanomacchina.
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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.
In questo documento vengono discusse le reti multiple su scala nanometrica installate all'interno degli esseri umani utilizzando la banda Terahertz e MAC. Richiede Bluetooth e Near Field Communications (NFC) che si trovano nei dispositivi intelligenti come i telefoni cellulari.
“…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).”
Per informazioni più dettagliate su come funziona la comunicazione Internet of Nano-Things (IoNT) in THz, vedere questa intervista con Josep Jornet (salta i primi 6 minuti):
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.”
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Advances of terahertz technology in neuroscience: Current status and a future perspective
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Advancing Nanoscale Communication: Unveiling the Potential of Terahertz and Molecular Communication
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Terahertz Sensing and Communication Towards Future Intelligence Connected Networks
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Climate Change Sensing through Terahertz Communications: A Disruptive Application of 6G Networks
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Passive Remote Sensing of Ice Cloud Properties at Terahertz Wavelengths Based on Genetic Algorithm
Come il 5G e il 6G si collegano alla nanorete:
Plasmonica:
La plasmonica (nota anche come nanoplasmonica) è una forma di comunicazione nanomacchina che prevede l'invio, la ricezione e la manipolazione di segnali ottici. Il grafene in relazione alla plasmonica ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo e nell’utilizzo delle nanomacchine.
"Una nanoparticella [plasmonica] può essere descritta come un'antenna, che migliora l'emissione di luce che si irradia nel campo lontano, in linea con altri segnali spettroscopici che vengono potenziati dal plasmone aumentando l'assorbimento o l'emissione di fotoni."
Examples of nanoscopic plasmonics are graphene oxide, nano-gold, iron oxide and titanium dioxide.
Iron oxides and titanium dioxide are added to our food and medicine.
Gold nanorods are found in the air for use in aerosol for geoengineering.
Il biossido di titanio si trova anche nelle creme solari e nei cosmetici : i plasmonici migliorano la penetrazione nella pelle .
L'ossido di grafene è utilizzato nel settore sanitario e utilizzato nell'aerosol per la geoingegneria .
L'ossido di grafene e l'ossido di ferro, oltre ad essere plasmonici, sono anche magnetici.
L'optogenetica è un'area della nanotecnologia che prevede l'uso della luce per manipolare neuroni specifici per controllarne il comportamento, riprogrammare il genoma in modalità wireless e altro ancora. Le interfacce ottiche nano-bio collegano le reti biologiche con i tradizionali sistemi informatici elettronici.
L'optogenetica è un'area della nanotecnologia che prevede l'uso della luce per manipolare neuroni specifici per controllarne il comportamento, riprogrammare il genoma in modalità wireless e altro ancora. Le interfacce ottiche nano-bio collegano le reti biologiche con i tradizionali sistemi informatici elettronici.
L'optogenetica è un'area della nanotecnologia che prevede l'uso della luce per manipolare neuroni specifici per controllarne il comportamento, riprogrammare il genoma in modalità wireless e altro ancora. Le interfacce ottiche nano-bio collegano le reti biologiche con i tradizionali sistemi informatici elettronici.
"L'optogenetica è un approccio elegante per controllare e monitorare con precisione le funzioni biologiche di una cellula, gruppo di cellule, tessuti o organi con elevata risoluzione temporale e spaziale utilizzando sistemi ottici e tecnologie di ingegneria genetica."
"Le molecole fluorescenti, come proteine fluorescenti, punti quantici e coloranti organici, possono anche essere utilizzate per realizzare un'interfaccia ottica selettiva in lunghezza d'onda. Le molecole di colorante organico sono state utilizzate come antenne nanotransceiver per nanoreti molecolari basate su FRET. Agiscono come singole molecole molecolari interfacce ottiche che ricevono segnali di controllo ottico da una fonte esterna e li trasmettono in modo non radiativo a una nanorete basata su FRET.
(Credito fotografico: Rabih O. Al-Kaysi, dal link sottostante)
“Sembra un ragno e corre come un ragno,
ma in realtà è un minuscolo motore
molecole cristallizzate che si muovono se esposte alla luce."
(Credito fotografico: Rabih O. Al-Kaysi, dal link sottostante)
“Sembra un ragno e corre come un ragno,
ma in realtà è un minuscolo motore
molecole cristallizzate che si muovono se esposte alla luce."
(Credito fotografico: Rabih O. Al-Kaysi, dal link sottostante)
“Sembra un ragno e corre come un ragno,
ma in realtà è un minuscolo motore
molecole cristallizzate che si muovono se esposte alla luce."
“Il sistema di modifica del genoma noto come CRISPR consente agli scienziati di eliminare o sostituire qualsiasi gene bersaglio in una cellula vivente. I ricercatori del MIT hanno ora aggiunto un ulteriore livello di controllo su quando e dove avviene questo editing genetico, rendendo il sistema reattivo alla luce”.
“Il sistema di modifica del genoma noto come CRISPR consente agli scienziati di eliminare o sostituire qualsiasi gene bersaglio in una cellula vivente. I ricercatori del MIT hanno ora aggiunto un ulteriore livello di controllo su quando e dove avviene questo editing genetico, rendendo il sistema reattivo alla luce”.
“Il sistema di modifica del genoma noto come CRISPR consente agli scienziati di eliminare o sostituire qualsiasi gene bersaglio in una cellula vivente. I ricercatori del MIT hanno ora aggiunto un ulteriore livello di controllo su quando e dove avviene questo editing genetico, rendendo il sistema reattivo alla luce”.
“Il sistema di modifica del genoma noto come CRISPR consente agli scienziati di eliminare o sostituire qualsiasi gene bersaglio in una cellula vivente. I ricercatori del MIT hanno ora aggiunto un ulteriore livello di controllo su quando e dove avviene questo editing genetico, rendendo il sistema reattivo alla luce”.
“Il sistema di modifica del genoma noto come CRISPR consente agli scienziati di eliminare o sostituire qualsiasi gene bersaglio in una cellula vivente. I ricercatori del MIT hanno ora aggiunto un ulteriore livello di controllo su quando e dove avviene questo editing genetico, rendendo il sistema reattivo alla luce”.
Optogenetics and smartphones:
Costruzione di interruttori optogenetici controllati da smartphone in cellule di mammiferi
Biosensing basato su telefono cellulare: una tecnologia emergente di “diagnostica e comunicazione”.
Verso i test a flusso laterale di prossima generazione: integrazione di nanomateriali
Sistema automatico di biosensori microfluidici basato su smartphone presso il punto di cura
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
Punti quantici:
I punti quantici sono nanoparticelle semiconduttrici elementari che misurano tra 1,5 e 10 nanometri.
Alcuni esempi di questi possono essere trovati qui quando si seleziona "Quantum Dots" dal menu. Costituiscono un elenco di materiali semiconduttori disponibili prodotti da American Elements .
L’ingegneria del reticolo utilizza un processo condotto su scala nanometrica chiamato “doping” in cui particelle conduttive (ovvero “impurità”) vengono aggiunte a materiali semiconduttori e non conduttori.
"Nella produzione di semiconduttori, il doping è l'introduzione intenzionale di impurità in un semiconduttore intrinseco allo scopo di modularne le proprietà elettriche, ottiche e strutturali. Il materiale drogato viene definito semiconduttore estrinseco."
Definizione di Wikipedia di “doping”
"Il corpo umano si comporta come un semiconduttore; la sua resistenza varia quindi con la tensione. Le Norme Elettrotecniche di Bassa Tensione (valore medio) stabiliscono il valore della resistenza elettrica del corpo umano a 2.500 Ohm."
Resistenza elettrica del corpo umano
Gli esempi di semiconduttori di ossido del collegamento precedente includono ossido di ferro, biossido di titanio, biossido di titanio Anatole e ossido di zinco rutilo, tutti approvati dalla FDA come additivi alimentari.
Quando questi vengono ingeriti, gli esseri umani diventano il semiconduttore poiché questi punti quantici migliorano la conduttività del corpo.
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: