Nanowireless communications in large-scale distributed intelligent micro-electromechanical systems (DIMEMS)
Communications sans-fil à échelle nanom étrique dans les robots MEMS (microsyst èmes électrom écaniques) intelligents massivement distribu és
Résumé
Modular micro-robots forming programmable matter have high communication needs but also need to
communicate. Currently, the main application of these micro-robots is shape-shifting. To move, a robot needs
to coordinate its motion with its direct neighbors but also with other micro-robots of the ensemble. The latest
microelectromechanical systems (MEMS) robots prototypes of the Claytronics project (named catoms by
analogy with Claytronics atoms) reached submillimeter dimensions. This implies a density exceeding one billion
of micro-robots per cubic meter. To be able to interact at the human scale, a very large amount of intelligent
objects has to collaborate. Scalability is the main concern of programmable matter. The existing simulator of
Claytronics can simulate the behavior of catoms which communicate by neighboring with catoms in contact..
We propose to improve the catoms by giving them the ability to communicate wirelessly with a graphene
nano-plasmonic antenna. Recent research in nanotechnologies highlighted surface plasmon polariton (SPP)
in graphene that pave the way to Terahertz frequencies. A IR-UWB (Impulse Radio Ultra-Wideband) modulation
and a propagation model taking into account the molecular absorption of the medium have been proposed by
Jornet and Akyildiz. This thesis introduce Vouivre, a discrete-event simulator for Terahertz band operating at
large-scale by using a propagation model suitable with the size of catoms. The nanowireless catoms open
the way to new applications of programmable matter (partitioned ensembles, etc.) but also to broadcasted
communications with very high throughtput. Simulations of these new applications and especially a large-scale
distributed collaborative map discovering application which highlights the mobility of catoms are presented
through various metrics such aggregated throughtput, redundancy, collisions and message loss.
Les micro-robots modulaires constituant la matière programmable ont des besoins de communications
importants mais aussi des besoins importants de communiquer. À l’heure actuelle, la principale application
de ces micro-robots réside dans le polymorphisme des ensembles formés. Pour se déplacer, un robot
MEMS (microsystème électromécanique) doit coordonner son déplacement avec ses voisins mais aussi
avec l’ensemble des autres micro-robots. Les derniers prototypes de robots MEMS (nommés catomes par
analogie avec les atomes Claytronics) du projet Claytronics atteignent des dimensions submillimétriques ce qui
impose une densité dépassant le milliard de micro-robots par mètre cube. Afin de pouvoir interagir à l’échelle
humaine, la matière programmable fixe ainsi un objectif d’extensibilité en visant à faire coopérer une telle
quantité d’objets intelligents. Le simulateur existant du projet Claytronics permet de simuler le comportement
des catomes communicants de proche en proche avec leurs voisins directs. Nous proposons d’ajouter aux
catomes, la possibilité de communiquer sans-fil en équipant ces derniers d’une nano-antenne plasmonique en
graphène. Des recherches récentes dans les nanotechnologies ont mis en évidence des plasmons de surface
polaritons (SPP) dans le graphène qui permettent d’atteindre des fréquences de l’ordre du Térahertz. Une
modulation à base d’IR-UWB (Impulse Radio Ultra-wideband) et un modèle de propagation prenant en compte
l’absorption moléculaire du médium ont ainsi été proposés par Jornet et Akyildiz. Cette thèse présente ainsi
Vouivre, un simulateur de nanoréseau sans-fil Térahertz à événements discrets fonctionnant à large échelle à
l’aide d’un modèle de propagation adapté à l’échelle des catomes. Les catomes nanowireless ouvrent la porte
à de nouvelles applications de la matière programmable (ensembles partitionnés, etc) mais également à la
diffusion multiple (broadcast) à très haut débit. Des simulations de ces nouvelles applications et notamment
d’une application de cartographie collaborative distribuée à large échelle soulignant la mobilité des catomes
sont présentées à travers différentes métriques telles que les débits agrégés, la redondance, les collisions et
les pertes de messages.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Licence : CC BY NC - Paternité - Pas d'utilisation commerciale
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