納米網絡：通信和計算的未來

弗羅裏安-倫納特·A.勞（Florian-Lennert A.Lau）（簡稱弗羅裏安）於2013年獲得計算機科學學士學位。隨後主修計算覆雜性理論，並於2016年獲得碩士學位。自2016年起，他在德國呂貝克大學攻讀博士學位。作為2016年成立的呂貝克納米集團的負責人，他創新性地提出將DNA作為多功能材料並加以應用，這一想法對納米網絡領域產生了重大影響。 2020年，弗羅裏安被“通信和分布式系統”（communication and distributed system）特別興趣小組授予“最佳博士論文”榮譽稱號。隨後，他在呂貝克大學擔任博士後研究員。 除了若幹私人出版物外，弗羅裏安於2024年撰寫了他的首部科學著作《納米網絡：通信和計算的未來》。他聚焦於DNA自組裝系統及其在納米機器人和納米網絡中的開創性應用研究，是該領域的權威專家之一。

第1章 引言
1.1 詞源
1.2 科幻小說中的“納米”
1.3 對納米技術的直觀理解
1.4 應用示例
1.5 問題與挑戰
1.6 總結
1.7 章節概述
第2章 納米技術的發展歷史
2.1 納米技術的哲學基礎
2.1.1 古印度
2.1.2 古希臘
2.1.3 近現代時期
2.1.4 自2008年起
2.2 制造精度的歷史
2.2.1 古代時期
2.2.2 中世紀時期
2.2.3 現代時期
2.2.4 從二維空間到三維空間
2.2.5 定位精度
2.3 納米技術的研究現狀
2.3.1 基於人工材料的納米技術
2.3.2 可編程納米技術
2.3.3 基於生物的納米技術
2.3.4 混合納米技術
2.4 總結
第3章 納米技術當前和未來的應用
3.1 納米技術在材料和工業中的應用
3.2 納米技術在醫學中的應用
3.2.1 便捷的健康監測
3.2.2 靶向藥物輸送技術
3.2.3 局部治療技術
3.2.4 智慧醫療技術
3.2.5 聚合酶鏈式反應的替代方案
3.2.6 個性化醫療
3.2.7 疫苗
3.2.8 增強免疫力
3.3 納米技術在軍事中的應用
3.4 納米技術在農業和地質學中的應用
3.5 納米技術的未來發展
3.6 總結
第4章 納米尺度下的構建
4.1 構建範式
4.2 納米材料
4.2.1 無機碳
4.2.2 分子
4.3 納米粒子
4.3.1 DNA
4.3.2 超材料與超表面
4.4 定義覆雜的納米結構
4.4.1 基於組件的方法
4.4.2 組件
4.4.3 基於馬爾可夫決策過程的納米網絡
4.5 自然適應性
4.6 微型化
4.7 自組裝
4.7.1 DNA折紙
4.7.2 DNA模板合成
4.7.3 聚合酶鏈式反應
4.7.4 DNA瓦片自組裝
4.7.5 從王式瓦片模型到霍利迪（Holliday）連接體
4.8 DNA錯誤
4.9 糾錯機制
4.9.1 k塊校對
4.9.2 蛇形校對
4.9.3 三維蛇形校對
4.10 微型結構與設備的技術現狀
4.10.1 正方形DNA和DNA盒子
4.10.2 DNA折紙盒
4.10.3 微型機器人
4.11 構建模擬軟件
4.11.1 ISU TAS
4.11.2 Xgrow
4.11.3 NetTAS
4.11.4 caDNAno—DNA折紙模擬
4.12 總結
第5章 納米尺度下的計算
5.1 納米尺度下的狀態表示
5.2 納米尺度下的計算
5.3 覆雜性理論
5.3.1 納米尺度下的覆雜性理論
5.3.2 歸約
5.4 納米應用的計算分析
5.4.1 數學問題的提取
5.4.2 覆雜度類的分類
5.4.3 朗道符號
5.5 納米尺度下的計算模型
5.5.1 受自然啟發的計算模型與人工計算模型的對比
5.5.2 圖靈機
5.5.3 基於電路的計算機
5.5.4 人工神經網絡
5.5.5 量子點元胞自動機
5.5.6 化學反應網絡
5.5.7 基因電路
5.5.8 量子計算機
5.6 自組裝系統
5.6.1 自組裝系統中的真值
5.6.2 信息分子
5.6.3 配體
5.6.4 信息分子受體
5.6.5 醫學示例場景
5.6.6 模塊化場景
5.6.7 信息分子中的錯誤
5.6.8 信息分子的邏輯組合
5.6.9 對信息分子建模
5.7 納米設備的程序開發
5.7.1 求解DecPOMDPcom
5.7.2 值疊代
5.7.3 遺傳算法
5.8 總結
第6章 簡單通信
6.1 通信簡史
6.2 納米尺度下的通信
6.2.1 網關
6.2.2 通信參數概述
6.3 太赫茲通信
6.3.1 發展歷史與推動力
6.3.2 5G與6G
6.3.3 信道模型
6.3.4 信息表示
6.4 分子通信
6.4.1 經典分子通信
6.4.2 DNA
6.4.3 信道模型
6.5 聲波通信
6.5.1 納米級聲波通信
6.5.2 醫療約束
6.6 量子通信
6.7 FRET
6.8 納米光子學
6.9 比較
6.10 多跳通信
6.10.1 尋址
6.10.2 路由協議
6.10.3 跳數路由
6.11 通信與網絡仿真器
6.12 總結
第7章 納米尺度下的運動與定位
7.1 定義
7.2 被動運動
7.2.1 布朗運動
7.2.2 擴散
7.2.3 血液流動與整體流動
7.3 主動運動
7.3.1 細菌的趨化性
7.3.2 馬達蛋白
7.3.3 人工運動
7.3.4 運動類型的比較
7.4 定位
7.4.1 多網關跳數定位
7.4.2 信息年齡
7.4.3 組織指紋識別
7.5 模擬
7.5.1 BloodVoyagerS
7.5.2 MEHLISSA
7.6 器官芯片
7.7 總結
第8章 納米尺度下的傳感器與執行器
8.1 應用場景
8.2 測量系統
8.3 傳感器
8.3.1 基於碳納米管的傳感器
8.3.2 磁傳感器
8.3.3 分子受體傳感器
8.4 執行器
8.4.1 馬達
8.4.2 天線
8.4.3 藥物治療
8.4.4 分配器
8.4.5 開關
8.4.6 機械執行器
8.5 總結
第9章 納米尺度下的能量
9.1 能源
9.2 能量存儲
9.2.