Pseudo-chemotaxis of active Brownian particles competing for food
利用布朗动力学模拟，研究了有燃料（或“食物”）源存在时活性布朗粒子（ABPs）的运动。这是一个既定的事实，在封闭的固定系统中，活性的ABPs产生的密度分布，增强在低活性的区域，这通常被称为“抗趋化性”。我们证明，-相反，共同认为-在非静止的设置，出现在这里作为一个结果，短的燃料爆发，我们的模型ABPs，而不是表现出趋化行为的签名。在与不活跃的，但在其他方面相同的布朗粒子（BP）的直接竞争中，ABPs被证明可以获取更大量的食物。从生物学的角度来看，尽管没有感觉装置，但激活的能力将包含进化优势。
2019-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Brownian particles: Entropy production and fluctuation-response
在活性布朗粒子的Rayleigh-Helmholtz模型中，活性是由于非线性速度相关力引起的。在存在外部捕获势或恒定力的情况下，系统的稳态打破了细致平衡，产生净熵。利用分子动力学模拟，我们得到了这些稳态下熵产生的概率分布。分布函数服从熵产生的详细涨落定理。利用模拟结果，我们进一步表明，稳态响应函数服从修改后的波动耗散关系。
2014-08-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Brownian motion of an asymmetric rigid particle
在一个平坦的基板上的棒状自推进颗粒的个人运动进行量化。符合本描述的生物系统可以是革兰氏阴性δ-变形杆菌黄色粘球菌、革兰氏阴性细菌大肠杆菌和线粒体。也有非生命的类似物，如振动的极性颗粒和自驱动的各向异性胶体颗粒。为此，我们研究了二维非对称棒状刚性粒子沿其长轴以固定速度自推进的布朗运动。还考虑了这种粒子在均匀外势场中的运动。这里提出的理论模型预计将更好地描述单个细胞的运动，以及在2D细胞内运输比以前的模型。
2012-05-02 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
First-passage-time statistics of active Brownian particles: A perturbative approach
本文通过微扰方法研究二维活性布朗粒子到达吸收壁的首通时间统计，在小Péclet数下得到存活概率和首通时间分布的精确解析解，并揭示初始取向对首通时间各向异性的关键影响。
2025-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
OpenCL/OpenGL approach for studying active Brownian motion
这项工作提出了一种方法，研究主动布朗动力学棘轮电位使用互操作OpenCL和OpenGL框架。随着优化问题的详细说明进行了讨论，然后由COM-在不同设备上的性能。使用OpenGL与OpenCL共享缓冲区的可视化时间已经针对另一种技术进行了测试，该技术在使用OpenGL时不与OpenCL共享内存缓冲区。这两种方法都与将数据可视化到外部软件gnuplot进行了比较。OpenCL/OpenGL互操作方法被认为是最适合于可视化任何大的数据集，计算本身不是很长。
2012-10-08 cs.PF physics.bio-ph physics.comp-ph
Optimal first-passage times of active Brownian particles under stochastic resetting
研究活性布朗粒子在随机重置下的首达时间特性，结合微扰方法与更新框架推导解析表达式，发现最优重置率非平凡地依赖于初始距离。
2025-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Chemokinetic scattering, trapping, and avoidance of active Brownian particles
我们提出了一个理论的化学动力学搜索剂，调节方向波动，根据距离的目标。动态散射效应降低了穿透具有高波动的区域的概率，从而搜索对位置线索即时响应的代理的成功。相反，具有最初抑制化学运动的内部状态的代理可以利用散射来增加它们找到目标的概率。利用扩散搜索和弹道搜索之间的匹配渐近性，我们得到了超越Fox色噪声近似的解析结果。
2020-02-28 physics.bio-ph q-bio.CB
Understanding Contagion Dynamics through Microscopic Processes in Active Brownian Particles
与普遍认可的SIR模型一起，已经采用了几种方法来理解相互作用粒子的传染动力学。在这里，主动布朗粒子（ABP）被引入到模拟传染病在空间和时间上传播的活代理的传染动力学。对几种种群密度和传染率进行了模拟。我们的研究结果表明，ABP不仅再现了传统SIR模型中观察到的时间依赖性，而且还允许我们探索临界密度，传染半径和随机恢复时间，促进病毒传播。此外，我们推导了传染率的微观参数的第一性原理的解析表达式，没有自由参数的假设为经典的SIR为基础的模型。这种方法提供了一种新的替代方案，将微观过程纳入到基于SIR的模型分析中，并在广泛的生物系统中应用
2020-07-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Brownian motion with speed fluctuations in arbitrary dimensions: exact calculation of moments and dynamical crossovers
我们考虑的运动中的一个积极的布朗粒子的速度波动在d维的存在下，平移和定向扩散。我们使用一个Ornstein-Uhlenbeck过程的主动速度生成。使用拉普拉斯变换方法，我们描述并使用基于福克-普朗克方程的方法来评估所有相关动力学时刻的精确时间依赖性。我们提出了明确的计算这样的时刻，并比较我们的分析预测数值模拟演示和分析几个动态交叉。的峰度的位移显示出积极或消极的偏离高斯行为在中间的时间取决于速度或取向波动的优势。
2021-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active-Passive Brownian Particle in Two Dimensions
本文提出速度在0与s间按随机电报过程切换的二维主动-被动布朗粒子模型，推导位移矩和有效扩散系数，并将奔跑-翻滚粒子映射到该模型。
2025-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Escape of an Active Ring from an Attractive Surface: Behaving Like a Self-Propelled Brownian Particle
本研究通过布朗动力学模拟探究柔性活性环从吸引表面的逃逸行为，发现两种逃逸机制，揭示活性、持续时间、势垒形状及推进力偏置对逃逸的影响，证明该体系可等效为自驱动布朗粒子模型。
2024-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Extreme fluctuations of active Brownian motion
在主动布朗运动中，内部推进机制与平移和旋转热噪声以及其他内部波动相互作用以产生定向运动。我们推导出它的极端波动的分布，并确定其普遍性质，使用大偏差理论。慢和快的内部动力学的限制引起相应的速率函数的扭结状和抛物线的行为，分别。对于偶极Janus粒子在二维和三维相互作用的领域，我们预测一种新的对称性类似，但不同的，一个相关的熵产生。因此，对这些极端波动的测量可以用来推断潜在的（通常是隐藏的）状态网络的性质。
2016-05-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A continuum theory of phase separation kinetics for active Brownian particles
活性布朗粒子（ABP），当受到纯粹的排斥相互作用，是已知的经历活动诱导相分离大致类似于平衡（吸引诱导）气液共存。在这里，我们提出了一个准确的连续相分离ABPs的动力学理论，通过直接粗粒化，捕获领先的顺序密度梯度项旁边的有效体积自由能。这样的梯度项不服从细致平衡，但我们发现粗化动力学非常类似的平衡相分离。我们的连续体理论的数值比较大规模的直接模拟的ABPs和准确占域生长动力学，域拓扑结构和共存密度。
2013-10-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-Organization, Active Brownian Dynamics, and Biological Applications
在总结了自组织的基本特征，如熵输出，反馈和非线性动力学，我们讨论了生物学中的几个例子。本文的主要部分是致力于主动布朗运动的模型，允许一个随机描述的基础上的能量消耗和转换的生物实体的主动运动。该模型被应用到集群的动力学与外部和相互作用的潜力。通过分析结果，我们可以区分平移，旋转和变形虫模式的群体运动。我们进一步研究了群的活性布朗粒子通过化学场相互作用，并证明了该模型的应用，如生物聚集和痕迹形成在昆虫的现象。
2004-01-23 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Self-induced polar order of active Brownian particles in a harmonic trap
流体动力学相互作用的活性粒子在一个外部的谐波势形成一个自组装流体泵在足够大的佩克莱数。在这里，我们给出了一个定量的标准，形成的泵，并表明，粒子取向对齐的自诱导流场中令人惊讶的类比铁磁秩序的积极Péclet数起着反温度的作用。粒子取向遵循玻尔兹曼分布$Φ(\mathbf{p}) \sim \exp(A p_z)$，其中有序平均场$A$与有效Péclet数和极性序参量成比例。平均流场中的颗粒的游泳方向对齐对应于一个正则化stokeslet与游泳速度成正比的强度。分析平均场的结果进行了比较，从布朗动力学模拟的结果与流体动力学相互作用，并发现捕获自诱导对齐非常好。
2014-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamical Clustering Interrupts Motility Induced Phase Separation in Chiral Active Brownian Particles
活性物质中最有趣的现象之一是在排斥性活性粒子中观察到的类气-液运动诱导相分离（MIPS）。然而，实验上没有一个粒子可以是完美的球形，并且不对称的形状、质量分布或催化涂层可以在粒子上诱导主动扭矩，这使其成为手性活性粒子。在这里，使用计算机模拟和动态平均场论，我们证明了足够大的扭矩的圆形活性布朗粒子（cABPs）在二维产生一个动态的集群状态中断传统的MIPS。多重团簇是由常规MIPS内聚和环流引起的衰变相结合而产生的。非平衡稳态中的非零电流微观上来源于自动旋转“释放”的能动性，它打破了连续统水平上的细致平衡。这表明，没有平衡类相分离理论可以构建手性活性胶体，即使是微小的主动扭矩，其中没有可见的集体运动存在。这种机制也揭示了在各种活性物质系统中观察到的动态集群的理解。
2021-12-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Universal Persistent Brownian Motions in Confluent Tissues
Institute of Mechanical Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院机械工程学院）
研究通过二维活性泡沫模型比较牵引力和连接张力波动对汇合组织动态的影响，发现长期细胞运动普遍收敛于持久布朗运动，与细胞几何、重组率和流动性之间的非普遍相关性形成对比。
2026-02-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Effective Interactions in Active Brownian Suspensions
活性胶体表现出持续的运动，这可能导致运动诱导相分离（MIPS）。然而，目前还没有微观理论来解释这种现象。我们报告的第一原理理论，自由的拟合参数，活性球形胶体，这表明明确如何有效的多体相互作用潜力产生的活动，以及如何这可以合理MIPS。对于一个被动排斥系统的理论预测相分离和对的相关性与模拟定量一致。对于一个有吸引力的系统的理论表明，相分离成为抑制适度的活动，与最近的实验和模拟一致，并建议在高活性的重入团簇形成的机制。
2015-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Brownian particle in harmonic trap: exact computation of moments, and re-entrant transition
考虑了存在平移扩散的$d$维谐振阱中的布朗粒子。虽然福克-普朗克方程不能在一般情况下解决，以获得一个封闭的形式解决方案的联合分布的位置和方向，正如我们所示，它可以用来评估的确切时间依赖性的所有时刻，使用拉普拉斯变换的方法。我们提出了明确的计算几个这样的时刻在任意时间和它们的演化到稳态。特别是，我们计算的位移的峰度，一个数量，它清楚地显示了从平衡高斯形式的活性稳态特性的差异。我们发现，它增加与活动的渐近饱和，但随着陷阱刚度的非单调变化，从而捕捉到最近观察到的主动到被动再入行为。
2020-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Brownian filaments with hydrodynamic interactions: conformations and dynamics
通过布朗动力学模拟和分析理论，研究了存在流体动力学相互作用的活性自推进纤维/聚合物的构象和动力学性质。在数值上，一个离散的线性链组成的活性布朗粒子，被认为是一个连续的线性半柔性聚合物的主动速度变化扩散。的力自由的活性单体的性质占-没有Stokeslet流体流动引起的主动力-和高阶流体动力学多极矩被忽略。活性过程的非平衡特性意味着通过聚合物弛豫时间对HI的稳态性质的依赖性。特别地，在中等活性下，HI导致柔性和半柔性聚合物的显著收缩，其程度远远超过可比较的自由排水聚合物的收缩;甚至柔性HI聚合物收缩，而活性自由排水聚合物单调溶胀。大的活动意味着再溶胀，然而，在较小的程度上比非HI聚合物，由于流体动力学相互作用的聚合物弛豫时间较短所造成的。聚合物均方位移增强，并出现活性决定的弹道制度。在很宽的时间尺度上，灵活的活性聚合物表现出流体动力学治理subdiffusive制度，与指数显着小于劳斯和Zimm模型的被动聚合物。与模拟相比，近似解析方法预测的流体动力学效应较弱。
2020-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluid-Glass-Jamming Rheology of Soft Active Brownian Particles
本研究数值模拟软活性布朗粒子二元混合物的剪切流变，发现低剪切速率下牛顿区、高剪切速率下剪切变稀及高密度下屈服应力，构建活性替代温度的流体-玻璃-堵塞相图，表明致密无序活性固体主要由无热堵塞主导。
2023-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Topotaxis of active Brownian particles
最近的实验研究表明，细胞运动可以通过地形梯度，如由微图案化基底的特征的空间变化引起的那些。这种现象被称为拓扑性，在细胞大小的障碍物的空间变化分布中持续爬行的细胞中尤其突出。在这篇文章中，我们介绍了一个玩具模型的拓扑性的基础上，主动布朗粒子的限制移动的障碍物，与空间依赖的晶格间距。使用数值模拟和分析论证，我们证明地形梯度引入了粒子持久性的空间调制，导致定向运动朝向持久性较高的区域。我们的研究结果表明，持续的运动本身就足以驱动topotaxis，并可以作为一个起点，更详细的研究自我推进的粒子和细胞。
2019-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Brownian Particles in a Circular Disk with an Absorbing Boundary
该研究通过微扰方法求解活性布朗粒子在吸收边界圆形区域内的Fokker-Planck方程，获得传播子、存活概率和首次通过时间分布，揭示了活性与旋转扩散率对非平衡动力学的影响。
2023-06-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Brownian Particles. From Individual to Collective Stochastic Dynamics
我们回顾了个体运动的理论模型，以及集体动力学和活性粒子的斑图形成。我们专注于简单的主动动力学模型，特别强调在统计力学的框架内，这种自我推进的实体的非线性和随机动力学。在复杂的物理-化学和生物系统中的这种活性单元的实例是化学动力纳米棒、反应扩散系统中的局部图案、运动细胞或宏观动物。在用随机微分方程描述点状活动粒子运动的基础上，讨论了不同的速度相关摩擦函数、各种涨落的影响，并计算了特征观测量，如定常速度分布或扩散系数。最后，我们不仅考虑了自由和受限的个体活性动力学，还考虑了活性粒子之间不同类型的相互作用。由此产生的集体动力学行为的大组件和聚集体的活动单位进行了讨论，并概述了最近的一些结果，时空斑图形成在这样的系统。
2012-02-11 cond-mat.other cond-mat.soft physics.bio-ph
Noncentral forces mediated between inclusions in a bath of active Brownian rods
使用布朗动力学模拟，我们研究了有效的相互作用之间的两个相同的和不可渗透的磁盘（夹杂物）浸泡在浴缸中的相同的，积极的（自推进），布朗杆在两个空间维度，假设自推进轴的杆通常可能会偏离他们的纵轴。当自推进是横向的（垂直于棒轴），聚集的活性棒周围的夹杂物显着增强，导致更膨胀的空间分层（环的形成）的棒周围的夹杂物，与纵向自推进棒的参考情况相比。因此，横向自推进杆还介导了夹杂物之间的显著更长范围的有效相互作用。浴介导的相互作用的出现是由于围绕夹杂物形成的活性棒环之间的重叠，因为它们被带入小的分离。当自推进轴相对于棒轴倾斜时，我们发现围绕内含物二聚体的活性棒积累的不对称不平衡。这导致了一个非中心的相互作用，具有反平行对横向力分量，因此，浴介导的扭矩的二聚体。
2021-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Enhanced dynamics of active Brownian particles in periodic obstacle arrays and corrugated channels
本文利用过阻尼朗之万动力学方法研究了具有周期性障碍物的二维基底上和由周期性障碍物组成的准一维波纹通道中的活性布朗粒子（ABP）的运动。与ABP在自由空间中的运动相比，障碍物的周期性布置增强了ABP的持续运动。持续运动随着ABP的活动而增加。我们注意到，周期性的安排诱导ABP运动的方向性在后期的时间，它增加的障碍物的大小。我们还注意到，ABP在波纹通道中表现出超扩散动力学。的传输属性是独立的通道的形状，而是它取决于系统中的障碍物的包装分数。然而，ABP显示通常的扩散动力学在准一维通道与平坦的边界。
2019-05-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Cooperative Motion of Active Brownian Spheres in Three-Dimensional Dense Suspensions
在三维空间中研究了自推进球形布朗粒子悬浮液的结构和动力学性质。我们的模拟揭示了相分离成稀相和密相，高于一定的密度和自推进强度。密相的填充分数在高活性下接近随机紧密填充，但系统保持流体。虽然没有对齐机制存在于这个模型中，我们发现长寿命的合作运动的粒子在密集的制度。此行为可能是由于接口引起的排序过程。空间位移关联函数的密度接近或高于被动系统的玻璃化转变密度的系统几乎是无标度的。
2015-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Emulating microbial run-and-tumble and tactic motion by stochastically reorienting synthetic active Brownian particles
本研究提出随机取向重置协议，通过重置锥角宽度和速率调控，使活性布朗粒子模拟大肠杆菌奔跑-翻滚及趋化运动，并经实验、模拟和理论验证其广泛速度范围内的鲁棒性。
2025-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.app-ph
