için Çok Alanlı Model Ali Akkaya Boğaziçi Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği ali.akkaya@boun.edu.tr 05 Şubat 2015 1 / 22
Outline 1 Giriş 2 3 2 / 22
Temel Bilgiler Motivasyon Giriş 3 / 22
Nano-teknoloji Temel Bilgiler Motivasyon Fizikçi Richard Feynman, Amerika Fizik Topluluğu nun 29 Aralık 1959 tarihindeki toplantısında There s Plenty of Room at the Bottom başlıklı bir konuşma yaptı. 1 Feynman, o zamana dek yapılan sentetik kimya metodlarından daha etkin olabilecek, atom seviyesinde yapılabilecek değişiklik olasılıkları üzerinde durdu. Bu konuşma, on yıllar sonra nano-teknoloji alanındaki gelişmelerin teorik temelini oluşturduğundan, bu alan için önemli bir dönüm noktası olarak kabul edilmektedir. 1 http://en.wikipedia.org/wiki/there s Plenty of Room at the Bottom 4 / 22
Nano-ağlar Temel Bilgiler Motivasyon Nano-makinelerin boyutları göz önüne alındığında, basit işlemleri gerçekleştirebilecekleri öngörülmektedir. Nano-mankinelerin karmaşık işlemleri gerçekleştirebilmesi için kendi aralarında ve dışarıdaki sistemlerle iletişim halinde olmaları gerekmektedir. Nano-ağlar nano-makinelerin karmaşık işlemleri gerçekleştirebilmeleri için ortak çalışabilmelerini sağlayacak iletişim yöntemlerini araştıran bilim dalıdır. 5 / 22
Nano-ağlar Temel Bilgiler Motivasyon Nano- ağlar Elektromanye0k Akus0k Moleküler Nano- mekanik Difüzyon ile Haberleşme Kalsiyum Sinyalleşmesi Moleküler Motorlar Feromon Sinyalleşmesi 6 / 22
Temel Bilgiler Motivasyon Difüzyon ile Moleküler Haberleşme Verici Alıcı Reseptör Modülasyon Gönderim Yayılma Alım Demodülasyon 7 / 22
Temel Bilgiler Motivasyon Moleküler Haberleşme Simülasyonu Farklı boyut Farklı ortam Farklı Laboratuvar Farklı Simülatör 8 / 22
Brownian Hareketi nin Simülasyonu 9 / 22
Brownian Hareketi Brownian Hareketi nin Simülasyonu Tek boyutlu ortamda tek bir parçacığın bir zaman adımındaki yer değiştirmesi aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir. x N (0, σ 2 ). (1) Bu denklemde, σ = 2D t, ve D difüzyon katsayısıdır. 10 / 22
Brownian Hareketi Brownian Hareketi nin Simülasyonu Tek boyutlu ortamda tek bir parçacığın bir zaman adımındaki yer değiştirmesi aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir. x N (0, σ 2 ). (1) Bu denklemde, σ = 2D t, ve D difüzyon katsayısıdır. Üç boyutlu ortamda, toplam yer değiştirme, r, aşağıdaki şekilde yazılabilir. r = ( x, y, z). (2) 10 / 22
Üç Boyutta Brownian Hareketi Brownian Hareketi nin Simülasyonu 5 4 3 x 3 2 1 0 1 5 4 3 2 1 2 4 6 x 2 0 0 x 1 11 / 22
Zaman Adımının Etkisi Brownian Hareketi nin Simülasyonu Alıcının yüzeyi Taşıyıcı molekülün alımı Büyük zaman adımı Küçük zaman adımı 12 / 22
Brownian Hareketi nin Simülasyonu 510 505 500 495 515 490 510 13 / 22
Brownian Hareketi nin Simülasyonu 14 / 22
Alan Yarıçapının Seçimi Brownian Hareketi nin Simülasyonu Zone n in yarıçapı aşağıdaki formül ile belirlenebilir. r z(n 1) = r r + 3 3 2D t n, (3) Burada r r alıcının yarıçapı ve t n, Zone n in zaman adımıdır. 15 / 22
Performans Değerlendirmesi Brownian Hareketi nin Simülasyonu Önerilen modelin performans değerlendirmesi için hızlanma parametresini aşağıdaki gibi tanımlayabiliriz. S dz = T sz T dz. (4) Burada T sz tek alan kullanıldığındaki çalışma süresi, T dz ise birden fazla alan kullanıldığındaki çalışma süresini belirtmektedir. 16 / 22
Brownian Hareketi nin Simülasyonu Zaman Adımının Alınan Sinyale ve Çalışma Süresine Etkisi İlk simülasyon senaryosunda, N Tx = 10000 molekülün r 0 = 14 µm deki noktasal göndericiden gönderilmesi ve sonrasında r r = 10 µm yarıçaplı alıcı tarafından soğurulması değerlendirilmiştir. 17 / 22
Brownian Hareketi nin Simülasyonu Sinyal Gücünün ve Gönderilen Veri Uzunluğunun Etkisi 30 25 Iki Alanli Modelde Hizlanma (S dz ) 20 15 10 N Tx =10 N Tx =20 N Tx =30 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Iletisim uzunlugu 18 / 22
İletişim Mesafesinin Etkisi Brownian Hareketi nin Simülasyonu 30 25 Iki Alanli Modelde Hizlanma (S dz ) 20 15 10 5 Iletisim uzunlugu = 10 Iletisim uzunlugu = 20 Iletisim uzunlugu = 30 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Uzaklik (µm) 19 / 22
20 / 22
Bu çalışmada difüzyon ile moleküler haberleşme simülasyonlarının hassasiyetini koruyarak daha hızlı çalışmasını sağlayan bir model önerilmektedir. 21 / 22
Bu çalışmada difüzyon ile moleküler haberleşme simülasyonlarının hassasiyetini koruyarak daha hızlı çalışmasını sağlayan bir model önerilmektedir. lar, ortamdaki molekül sayısının fazla olduğu simülasyon senaryolarında önerilen model ile elde edilen kazanımın çok daha fazla olduğunu göstermektedir. 21 / 22
Sorular & Yorumlar Teşekkürler. Soru ve yorumlar... 22 / 22