往复游动强化扩散

变形螺旋的游动

The swimming of a deforming helix

许多微生物和人工微泳者使用螺旋状附肢来产生运动。虽然经常旋转以产生推力，但一些细菌物种，如螺原体，球形红细菌和螺旋体，通过使螺旋形身体变形来诱导运动。最近，已经创造了人造装置，其也通过以非往复方式使其螺旋体变形来产生运动（Alfred ran等人，副校长，29，1604825，2017）。受这些系统的启发，我们研究了粘性流体中变形螺旋的输运。具体来说，我们考虑一个游泳运动员，保持螺旋中心线和单手，同时改变其螺旋半径，间距和波长均匀地在整个身体。我们首先讨论如何变形螺旋线可以创建一个非互惠的平移和旋转的游泳行程，并确定其主要的运动方向。然后，我们确定的领先阶物理螺旋小螺旋半径之前，考虑不同的配置参数的一般行为，以及如何这些游泳者可以优化。最后，我们探讨了如何存在的墙壁，重力，和缺陷的中心线允许的螺旋装置打破对称性，增加其速度，并产生运输的方向不提供螺旋体流体。

Locomotion of helical bodies in viscoelastic fluids: enhanced swimming at large helical amplitudes

The motion of a rotating helical body in a viscoelastic fluid is considered. In the case of force-free swimming, the introduction of viscoelasticity can either enhance or retard the swimming speed and locomotive efficiency, depending on the body geometry, fluid properties, and the body rotation rate. Numerical solutions of the Oldroyd-B equations show how previous theoretical predictions break down with increasing helical radius or with decreasing filament thickness. Helices of large pitch angle show an increase in swimming speed to a local maximum at a Deborah number of order unity. The numer…

提高细菌在大分子polymer溶液中的游动速度

Enhanced bacterial swimming speeds in macromolecular polymer solutions

简单牛顿流体中游动细菌的运动可以在低雷诺数流体动力学的框架内成功地描述。生物流体中聚合物的存在通常会增加粘度，这预计会导致恒定细菌马达扭矩的较慢游动。然而，令人惊讶的是，一些实验表明，细菌的速度在聚合物流体中增加，并且没有明确的理解为什么。因此，我们进行了广泛的粗粒度模拟的细菌游泳明确建模的解决方案，不同的长度和密度的大分子聚合物。我们观察到游泳速度随着聚合物密度增加高达60%，并证明这是由于细菌附近的聚合物耗尽导致有效滑动。然而，这本身并不能预测游泳速度的大幅增加：与细菌鞭毛的手性偶联也是必要的。

模型自推进惯性游泳器的泳向转变

Transition in swimming direction in a model self-propelled inertial swimmer

我们提出了一个互惠的，自推进模型游泳者在中间雷诺数（$Re$）。我们的游泳者由两个不相等的球体组成，它们反相振荡，产生非线性定常流（SS）。我们的计算表明，SS流使游泳者推进自己，并切换方向作为$Re$增加。我们量化的过渡在游泳方向上的崩溃我们的数据上的一个关键的$Re$，并表明，在游泳方向上的过渡对应的SS流的逆转。基于我们的研究结果，我们提出SS可能是运动在中间$Re$的一个重要的物理机制。

各向异性流体中游泳的扇贝定理

Scallop Theorem for Swimming in Anisotropic Fluids

该研究通过实验与分析结合，发现各向同性流体中无效的往复游泳在向列相液晶中有效，从而将扇贝定理推广至结构化流体。

微型游泳者的有效模型

Efficient models for micro-swimmers

我们提出了极小模型的一维，二维和三维的微型游泳者在低雷诺数与周期性的非往复运动。这些游泳者是沿着游泳轴线的流体的“推动者”或“拉动者”，或两者的组合，这取决于游泳运动的历史。我们证明了这一点与线性三珠游泳者通过分析评估的迁移速度和强度的偶极流引起的游泳运动。据发现，每个周期和偶极流行进的距离可以从投影到珠之间的两个距离的交会图上的周期的轨迹所包围的区域上的积分获得。二维和三维模型游泳者可以通过打破游泳运动相对于游泳轴的对称性来翻滚，如大肠杆菌或衣原体的翻滚运动中所发生的那样，其使鞭毛的运动去对称化以重新定向游泳方向。我们还提出了一个五珠模型的“螺旋游泳者”，即与螺旋鞭毛和旋转电机连接到细胞体。我们的五珠游泳者被吸引到附近的墙壁上，在那里它顺时针游泳，就像在螺旋鞭毛细菌实验中观察到的那样。

准二维细菌在柱周围游动：捕获效率的提高和曲率依赖性

Quasi-two-dimensional bacterial swimming around pillars: enhanced trapping efficiency and curvature dependence

微泳者在准二维中比在三维中表现出更多样化的行为。由于处理两个平行固体边界的分析困难，这种行为仍然难以捉摸。准二维系统中附加障碍的存在使分析进一步复杂化。结合实验和流体动力学模拟，我们研究了空间维度如何影响微型游泳者和障碍物之间的相互作用。我们通过蚀刻盖玻片制作了准二维的微观柱，并观察到细菌在柱之间游动。细菌被捕获在圆形柱周围，并且捕获效率随着准二维度的增加或随着柱的曲率的减小而增加。最简单的情况下，一个封闭的蠕动的数值模拟显示异常增加的流体动力学吸引力，建立增强的相互作用是准二维微流体力学的一个普遍属性。我们还证明了局部曲率的障碍控制的捕获效率通过实验与椭圆柱。

Stokes流中密集游泳者的往复运动

Reciprocal locomotion of dense swimmers in Stokes flow

由于斯托克斯流的运动学可逆性，执行往复运动的物体（在时间反演下物体构型序列保持相同的运动）不能在可忽略惯性的极限下在粘性流体中推进自身;该结果被称为珀塞尔扇形定理。在此极限下，基于流体惯性和物体惯性的雷诺数均为零。以前的研究特征的扇贝定理的故障与流体惯性。在本文中，我们表明，即使在没有流体惯性，某些密集的机构进行往复运动能够游泳。利用洛仑兹的互等定理，我们首先推导出一般的微分方程，支配密集游泳运动学。我们证明，没有往复游泳是可能的，如果身体运动只包括切向表面变形（蠕动）。然后，我们应用我们的一般公式来计算运动的四个简单的游泳者，每个具有不同的空间不对称性，执行正常的表面变形。我们表明，由此产生的游泳速度（或旋转速率）的规模作为一个正确定义的“游泳者雷诺数”的第一个权力，从而展示了连续故障的扇贝定理与身体惯性。

受扇贝启发的游泳器在颗粒介质中的运动

Locomotion of a Scallop-Inspired Swimmer in Granular Matter

针对软屈服介质中游动的研究挑战，实验发现受扇贝启发的往复拍动翼游泳器可在颗粒介质中运动（违背扇贝定理），并通过X射线断层扫描等技术揭示其推进力源于翼附近颗粒堵塞与对流打破冲程对称性。

示踪粒子在稀菌悬液中的强化扩散

Enhanced diffusion of tracer particles in dilute bacterial suspensions

游动的细菌产生长距离的速度场，搅拌大量的流体，并围绕分散在流体中的被动颗粒移动。最近的实验和模拟表明，长时间的均方位移的被动粒子在浴中的游泳细菌表现出扩散行为的有效扩散系数显着大于其热对应。这种有效扩散系数的全面理论预测和增强机制的理解仍然是一个挑战。在这里，我们采用Lin等人的动力学理论，J.Fluid Mech.669，167（2011）针对细菌情况的“蠕动者”开发，以定量地预测示踪剂颗粒在游动细菌的稀释的二维和三维悬浮液中的增强的扩散率。我们证明，有效扩散系数是一个产品的细菌数密度，他们的游泳速度，一个几何因素表征的速度场由一个单一的细菌，和一个数值因子。我们表明，数值因子是，事实上，一个相当强大的功能的系统参数，最显着的运行长度的细菌，这些依赖关系必须考虑到定量预测增强扩散。我们进行分子动力学类型的模拟，以确认动力学理论的结论。我们的结果是在最近的二维和三维实验中测得的增强扩散系数的值在一个很好的协议。

刚性和弹性约束条件下微游泳运动的增强

Enhanced motility of a microswimmer in rigid and elastic confinement

我们分析了刚性和弹性边界对模型偶极微泳运动的影响。灵活的边界变形的速度场的游泳者在这样一种方式，即两个伸展和收缩的游泳者的运动性增强。游泳速度增加的幅度由游泳者平流和弹性时标的比率以及游泳者的偶极矩控制。我们解释我们的结果，考虑游泳倾斜刚性边界之间。

在环境响应的随机游泳液滴模型中自我回避记忆效应对增强扩散的影响

Self-avoidant memory effects on enhanced diffusion in a stochastic model of environmentally responsive swimming droplets

增强扩散是许多实验性微型游泳器系统的一种新特性，通常由弹道运动与随机重新定向的组合引起。这些系统的一个子集，即由于马兰戈尼压力而移动的自泳液滴游泳者，还被证明对局部的、自我产生的化学梯度有反应，这些化学梯度可以介导自我回避或自我吸引。通过这种机制，我们提出了一个数学模型，构建实验观察到的自我回避记忆编码和数值研究这种特殊的记忆增强扩散的影响，这样的游泳液滴。为了将随机重定向引起的扩散增强与自回避记忆引起的扩散增强区分开来，我们将其与广泛使用的主动布朗模型进行了比较。有趣的是，我们发现，增强的扩散基本上抑制了自我回避的记忆相对于预测只有一个等价的重定向持续时间尺度的主动布朗模型。我们把这归因于我们提出的对自我回避系统来说是新颖的瞬态自囚禁。此外，我们进一步探索模型参数空间，通过计算紧急参数捕获的速度和重定向持久性，从而找到一个有限的参数域中，增强扩散是可观察的。

小振幅游泳者在粘弹性流体中可以更快地自我推进

Small-amplitude swimmers can self-propel faster in viscoelastic fluids

许多小型生物体利用其身体或附属物的行波状变形在粘性流体中自我推进。例如，小型线虫利用全身波动在土壤中移动，或精子利用鞭毛波在粘液中游动。当自推进发生在非牛顿流体中时，一个基本问题是运动是否会比在牛顿环境中更快或更慢。在这里，我们考虑的一般问题，游泳使用小振幅周期波的粘弹性流体所描述的经典Oldrophil-B本构关系。使用泰勒的游泳片模型，我们表明，如果所有的行波在同一方向上移动，运动速度的生物体系统地降低。然而，如果我们允许波在两个相反的方向上行进，我们表明，这可能会导致游泳速度的提高，这在物理上被解释为由于具有不同频率的波的非对称粘弹性阻尼。游泳方向的改变也是可能的。通过详细分析使用两个或三个行波游泳的情况下，我们表明，游泳可以提高在粘弹性流体中的所有德博拉数低于临界值，或三个波或更多，只有一个有限的，非零范围内的德博拉数，在这种情况下，需要在流体中的弹性有限的量，以增加游泳速度。

微生物在准二维膜中的游动

Swimming of microorganisms in quasi-2D membranes

生物游泳者经常在几何限制的介质中航行。我们研究了游泳运动员的规定行程问题，该问题局限于嵌入在不同粘度的流体中的平面粘性膜。在它们的运动中，微观游泳者扰乱了膜和本体中的流体。出现的流动具有二维（2D）和三维（3D）流体动力学特征的组合，并且这样的流动被称为准2D。准2D流体中从2D到3D流体动力学的交叉由Saffman长度控制，Saffman长度是由2D膜粘度与包埋体相流体的3D粘度的比率给出的长度尺度。我们已经开发了一种计算和理论的方法的基础上的边界元法和洛伦兹互易定理研究的范围内的值的Saffman长度的微生物的游泳。我们发现，一个鞭毛传播横向正弦波在准二维膜可以开发一个游泳速度超过纯二维或三维流体，而一个二维蠕动的推进减慢的存在下的散装流体。

游动模式对湍流中气味踪迹屏蔽效果的影响

Effect of swimming mode on shielding of odor traces in turbulence

研究通过直接数值模拟揭示了游动模式如何影响湍流中气味踪迹的扩散，发现游动能显著降低检测概率，且拉式游动者比推式游动者更有效于气味屏蔽。

软体机器人群中的涌现动力学与时空模式

Emergent dynamics and spatiotemporal patterns in soft robotic swarms

本文研究螺旋磁驱动软体机器人在粘性流体中的三维集体游动，揭示游动方向差异导致吸引、横向差异导致排斥并最终收敛于单一横向平面径向漂移的涌现时空模式。

复杂流体的胶体性质导致鞭毛细菌的运动性增强

The colloidal nature of complex fluids leads to enhanced motility of flagellated bacteria

人类微生物组和海洋及土壤生态系统中微生物的自然栖息地充满了胶体和大分子，这些胶体和大分子赋予了非牛顿流动特性，极大地影响了游泳微生物的运动。虽然低雷诺数流体动力学的鞭毛细菌在简单的牛顿流体中的游泳已经得到很好的发展，我们的理解复杂的非牛顿流体中的细菌运动仍然是原始的。即使经过六十年的研究，关于聚合物溶液中细菌运动增强的性质和起源的基本问题仍在争论中。在这里，我们研究了不同大小和体积分数的胶体悬浮液中的鞭毛细菌的运动性。我们发现，稀释的胶体悬浮液中的细菌定量显示相同的运动行为，在稀释的聚合物溶液中，其中一个普遍的颗粒大小依赖的运动增强高达80%的发现，伴随着强烈的抑制细菌摆动。凭借良好控制的大小和胶体的硬球性质，这一发现不仅解决了复杂流体中细菌运动增强的长期争议，而且挑战了所有现有的理论，使用聚合物动力学来解决稀聚合物溶液中鞭毛细菌的游泳。我们进一步开发了一个简单的物理模型，将胶体性质的复杂流体，定量解释细菌摆动动力学和流动性增强胶体和聚合物流体。我们的研究揭示了复杂流体中细菌令人困惑的运动行为，这些行为与广泛的微生物过程有关，并为复杂环境中工程细菌游泳提供了基石。

悬浮液中游动颗粒的扩散和空间相关性

Diffusion and spatial correlations in suspensions of swimming particles

游动微生物的种群产生流体运动，导致示踪粒子的扩散显著增强。使用模拟悬浮液中的游泳粒子在一个周期性的域，我们捕捉到这种效果，并表明它定性地依赖于游泳的模式：游泳者“推”从后面由他们的鞭毛显示更大的增强比游泳者“拉”从前面。这种差异表现为被动示踪剂的扩散率和速度相关长度与周期域的大小的增加，这只发生在推杆。一个由平均场论支持的物理论证揭示了这些效应的起源。

蠕动悬浮液中布朗示踪剂输运的模拟

Simulations of Brownian tracer transport in squirmer suspensions

除了能够向具有有利生活条件的环境移动外，微生物的游泳也与其种群的混合和营养吸收的改善有关。实验研究表明，布朗示踪粒子由于游泳者而表现出增强的扩散，而理论模型将这种扩散的增加与游泳微生物产生的流动以及与游泳者的碰撞联系起来。在这项研究中，我们进行了详细的模拟的基础上的力耦合方法及其最近的扩展游泳和布朗粒子研究示踪剂的位移和有效示踪剂的扩散蠕动悬浮液。通过隔离效应，如流体动力学或空间相互作用，我们提供物理洞察示踪剂位移分布的实验测量。此外，我们将结果扩展到半稀释制度，其中游泳者-游泳者相互作用影响示踪剂运输和有效示踪剂扩散率不再与游泳者体积分数呈线性关系。

多物种非互易混合物中的增强稳定性与混沌凝聚体

Enhanced stability and chaotic condensates in multi-species non-reciprocal mixtures

该研究证明大量守恒密度间的随机非互易相互作用可增强系统图案形成的稳定性，并在多物种非互易Cahn-Hilliard模型中观察到脉动或时空混沌凝聚体等新型稳态，有助于理解生命系统的自组织机制。

线性水流中主动游泳运动员的随机动力学

Stochastic dynamics of active swimmers in linear flows

关于低雷诺数游泳的流体动力学的大多数经典工作都涉及静止环境中的确定性运动。已知流体中的热波动会导致游动方向的布朗损失。由于大多数细胞或合成的游泳者沉浸在外部流中，本文从理论上考虑了模型活性粒子（自推进球）在稳定的一般线性流中的随机动力学。随机性既来自物理空间中的平移扩散，也来自方向空间中的旋转扩散和翻滚动力学的组合。我们首先推导出一个一般配方的所有组件的长时间的均方位移张量的游泳者与时间相关的游泳速度，其方向decorrelates由于单独的旋转扩散。这个一般的框架是适用于获得对流增强均方位移的一个swelly-swimming粒子在三个典型的线性流（延伸，简单剪切，和固体旋转）。然后，我们将展示如何扩展我们的结果的情况下，游泳者的取向也decorrelates的运行和翻滚动力学帐户。自推进一般会导致相同的长时间的时间的线性流中的被动粒子的时间标度，但增加了系数。在特定的情况下，固体旋转，有效的长时间扩散是相同的，在一个静止的流体，我们澄清缺乏流动依赖性，通过简要检查椭圆线性流动的动态。通过比较新的主动条款与被动粒子，我们看到，游泳可以导致增强的均方位移的数量级，并可能是相关的生物有机体或合成的游泳设备在波动的环境或生物流。

蠕动器搅拌

Stirring by squirmers

我们分析了一个简单的“斯托克斯蠕动”模型的增强混合由于游泳微生物。该模型基于Thiffeault & Childress的计算[Physics Letters A，374，3487（2010），arXiv：0911.5511]，其中添加了由于无粘性游泳者引起的流体粒子位移以产生有效扩散率。在这里，我们表明，对于粘性的情况下，游泳者不能被假定为游泳无限的距离，即使他们的总质量位移是有限的。相反，最大的贡献，颗粒位移，从而混合，从随机变化的方向游泳，并在我们的简单模型中的远场应力项占主导地位。我们通过数值模拟验证了结果。我们还计算非零雷诺数修正的有效扩散。最后，我们表明，由于随机游泳蠕动位移表现出PDF指数尾巴和短时间的超扩散制度，如先前发现的几个作者。在我们的例子中，指数尾是由于“粘”在蠕动表面的停滞点附近。

椭球体示踪剂在浮游藻类悬浮液中的动力学

Dynamics of ellipsoidal tracers in swimming algal suspensions

被动示踪剂在活性流体中的扩散增强是活性流体的普遍特征，近年来得到了广泛的研究。与平衡复杂流体的微观流变学类似，不寻常的增强粒子动力学揭示了活性流体的内在性质。尽管如此，以前的研究表明，球形示踪剂的平移动力学是定性相似的，独立于活性粒子是推动者还是拉动者-活性流体的两个基本类别。是否有可能通过简单地对被动示踪剂的动态成像来区分推动者和拉动者？在这里，我们研究了孤立的椭球体在藻类C。reinhardtii悬浮液-一种puller-type活性流体的模型。结合我们以前关于E型推进器的结果，大肠杆菌悬浮液[Peng等人，物理修订版信函116，068303（2016）]，我们表明，不对称示踪剂的动力学显示出由于其旋转自由度而导致的推动器和拉动器的深刻差异。虽然实验室框架的平移和旋转的椭球体的增强在推和拉，类似于球形示踪剂，各向异性扩散的椭球体框架中显示出相反的趋势，在两类活性流体。当椭球体浸没在牵引器中时，其沿长轴的扩散最快，而在推进器中，其沿长轴的扩散最慢。这种显著的差异可以用一个简单的流体动力学模型来定性地解释。此外，我们的研究表明，藻类悬浮液的近场平流对椭球体的平移和旋转的影响表现出不同的范围和强度。我们的工作不仅提供了新的见解，普遍的组织原则的活性流体，但也是一个方便的工具，检测类活性粒子。

哑铃运动员

Dumb-bell swimmers

我们调查的方式，振荡哑铃，一个简单的微观模型的非极性游泳者，移动在低的阿氏数。根据珀塞尔的扇贝定理，一个单独的哑铃不能游泳，因为它的行程是时间的倒数。然而，两个或多个哑铃的运动，具有相互的相位差，不是时间反演不变的，因此游泳是可能的。本文利用Stokes方程的解析解和数值解计算了两个哑铃游泳者之间的水动力相互作用，并讨论了他们的相对运动。游泳运动员之间的相互作用的合作效果进行了探讨，考虑第一次定期，然后随机阵列的哑铃。我们发现，一个正方形阵列作为一个微型泵。长时间的行为暂停哑铃的调查和比较模型极地游泳运动员。

非互易模型游泳运动员在中间Reynolds numbers

Nonreciprocal model swimmer at intermediate Reynolds numbers

异时性游泳是指具有小的相位滞后的肢体的连续跳动，在各种尺度的许多生物体中观察到，但大多数研究都是在高或低雷诺数的限制下进行的。的动机是游泳的卤虫，中尺度的有机体，在中间雷诺数，我们计算研究了一个简单的非互惠的二维模型，进行异时游泳。我们的游泳者是由两对以相位差跳动的桨组成的，这两对桨对称地连接在扁平身体的两侧。数值求解了纳维-斯托克斯方程，并采用浸入边界法模拟了流体与游泳者之间的相互作用。为了研究惯性和几何形状的影响，我们在$Re = 0.05 - 100$范围内进行了不同桨距和雷诺数的模拟。在所有情况下，我们观察到来回运动在周期和有限的周期平均游泳速度在稳定状态。有趣的是，我们发现游泳者的游泳速度对$Re$具有非单调依赖性，在$Re\approx1$附近具有最大值，在$Re=20-30$之间具有平坦的最小值，并且最终增加为$Re>35$。为了更深入地了解这种关系背后的机制，我们首先将游泳运动员的游泳行程和每个划桨分解为动力和恢复行程，并表征向前和向后运动。与往复式游泳者不同，在这里，对于周期的一部分，两个划桨之间存在竞争-平衡导致净运动。然后，我们研究了周期平均，以及，功率冲程平均和恢复冲程平均的流体流量，并在流体场的非单调行为的游泳速度的相关差异。我们的研究结果表明，存在不同的运动机制，发展为惯性增加的中间Re范围内。

微藻与微米级物体的相互作用中夹带起主导作用

Entrainment dominates the interaction of microalgae with micron-sized objects

游动微生物的不断活动对周围的微观物体具有直接的物理效应，导致远远超过布朗运动水平的增强扩散，可能影响非运动的浮游物种和微粒漂移物的空间分布。在这里，我们详细研究了真核生物鞭毛，代表绿色microplasma莱茵衣藻，微粒上的效果。宏观和微观实验表明，微生物胶体相互作用的主要是罕见的近距离接触，导致大位移，通过直接夹带。模拟和理论建模表明，随后的粒子动力学可以理解为一个简单的跳跃扩散过程，结合标准扩散与泊松分布跳跃。这种异质动态很可能取决于通用功能的近场游泳微生物与前端安装鞭毛。

催化放热反应的酶的增强扩散

Enhanced Diffusion of Enzymes that Catalyze Exothermic Reactions

最近发现酶由于其催化活性而表现出增强的扩散。最近的一个实验[C。Riedel等人，Nature 517，227（2015）]已经发现了表明这种现象可能受所涉及的催化反应的催化性程度控制的证据。四种机制，可以导致这种效果，即，自我热泳，增加动能，随机游泳，集体加热，进行了严格的讨论，它表明，只有最后两个可以是足够强大的观测。由此产生的定量描述用于检查该效应的生物学意义。

流变增强推进物理学：广义斯托克斯中的不同冲程

Physics of Rheologically-Enhanced Propulsion: Different Strokes in Generalized Stokes

剪切稀化是许多生物流体（例如粘液）的重要流变性质，由此流体的表观粘度随着剪切而降低。某些微观游泳者已经被证明可以通过剪切稀化流体更快地前进，但是这种行为对所有微观游泳者都是通用的吗？剪切稀化流变学通过什么物理机制影响游泳者的推进力？我们研究游泳运动员采用规定的中风运动学在二维，惯性Carreau流体：剪切稀化“广义斯托克斯”流。游泳者建模，使用的方法femlets，由一组沉浸，正规化的力量。控制流体动力学的方程，然后在贴体网格上离散，并用有限元法求解。我们分析了三种不同类型的微型游泳者的运动：（1）概念游泳者，包括采用一维和二维中风的滑动球体，（2）滑速包络模型的纤毛虫通常被称为“蠕动”和（3）单鞭毛推进器，如精子。我们发现，形态相同的游泳运动员与不同的中风可能会游得更快或更慢的剪切稀流体比牛顿流体。我们解释这种运动学的敏感性，通过考虑周围的推进和有效载荷元素的游泳者的流体的粘度的差异，并使用这种见解，建议两个相互滑动的球体游泳者违反珀塞尔的扇贝定理在剪切稀化流体。我们还表明，剪切稀化流变学所产生的流量衰减率增加与滑动速度蠕动的游泳速度的减少。对于像精子一样的游泳者来说，沿着鞭毛由厚到薄的流体梯度改变了它施加在流体上的力，使轨迹变平，并增加了瞬时游泳速度。

由于在固体表面活跃的游泳者，

Enhanced diffusion due to active swimmers at a solid surface

我们考虑两个系统的主动游泳运动接近固体表面，一个是野生型\textit{E. coli}和其他的生活人口是一个自推进的金-铂棒组件。在这两种情况下，我们已经确定了两种不同类型的运动在表面上，并评估了人口的比例，显示弹道轨迹（积极的游泳者）相对于那些显示随机样行为。我们研究了这种复杂的游泳活动的被动示踪剂的扩散率也存在于表面上的效果。我们发现，示踪剂的扩散率是相对于标准的布朗运动增强，并与流体的活动，定义为产品的积极游泳者和他们的平均速度的分数线性增加。这一结果可以用主动游泳者和示踪者之间的一系列基本遭遇来理解。

细菌悬浮液中胶体的输运：从细菌散射到反常扩散和增强扩散

Colloidal transport in bacteria suspensions: from bacteria scattering to anomalous and enhanced diffusion

胶体耦合到游泳池浴一般显示增强的扩散。这种传输动力学源于主动和被动粒子之间的微妙相互作用，尽管经过数十年的深入研究，这种相互作用仍然阻碍着我们的理解。在这里，我们通过提供胶体和细菌之间的单次散射事件的定量表征来解决问题的根源。基于我们的实验，我们建立了一个极小模型，定量预测的散射轨迹的几何形状，并在很长一段时间内增强胶体扩散。理论和实验之间的定量对抗阐明了增强传输的微观起源。碰撞完全由随机接触相互作用决定，这两种相互作用在短时间内产生真正的反常扩散，在长时间内产生增强扩散，在任何尺度上都没有弹道机制。

非互易混合物中示踪粒子的增强扩散

Enhanced diffusion of tracer particles in nonreciprocal mixtures

本研究通过数值模拟和两种解析方法，发现非互易相互作用可显著增强二元混合物中示踪粒子的扩散，该增强与爱因斯坦关系破坏相关，并归因于瞬态推进二聚体的形成。

轴对称限制对三球微型游泳者推进的影响

The effect of axisymmetric confinement on propulsion of a three-sphere microswimmer

本研究采用三球微型游泳者模型，通过理论分析与有限元数值模拟，发现在毛细管轴对称限制下，当管径与球径比在 $\mathcal{O}(1)-\mathcal{O}(10)$ 范围时推进速度显著降低，揭示了限制下减弱的流体动力学相互作用对推进的阻碍作用。

强约束的活性微藻导致涡流反转和增强混合

Strong confinement of active microalgae leads to inversion of vortex flow and enhanced mixing

在粘性流体中游动的微生物在它们产生的流场中留下了它们的推进机制。这些游泳者在刚性边界之间的极端限制经常出现在自然和技术背景下，但在这种情况下，他们的力学测量是缺席的。在这里，我们表明，强烈限制两个平行的板之间的microcarbon Chlamydium不仅抑制其运动性通过接触摩擦的墙壁，但也导致，纯粹的机械原因，反转周围的涡流。从实验的见解导致简化的流场的理论描述的基础上准2D Brinkman近似的斯托克斯方程，而不是通常的方法的图像。我们认为，这种涡流反转提供了增强流体混合的优势，尽管更高的摩擦。总的来说，我们的研究结果提供了一个全面的框架，分析集体流动的强烈限制游泳。

turbulence中长形回旋运动员的积累和排列

Accumulation and alignment of elongated gyrotactic swimmers in turbulence

本文研究了湍流中回旋运动员的动力学行为，其运动方向受重力力矩和局部流体速度梯度的影响。回转强度是通过柯尔莫哥洛夫时间尺度与重力引起的重定向时间尺度的比值来测量的，该比值大意味着回转强度强。通过直接数值模拟，我们研究了游动速度和回转稳定性对空间积累和排列的影响。采用三维Vorono分析方法研究了颗粒浓度的空间分布和时间演化规律。我们研究空间分布，通过检查整体的优先采样和集群和空洞（粒子的子集，分别有小和大Vorono体积）的形式。与系综粒子相比，团簇和空洞的优先取样被发现是更明显的。当旋转较强和中等时，快速游泳者的群集持续时间比慢速游泳者长得多，但当旋转较弱时，出现相反的趋势。此外，我们研究了与拉格朗日拉伸方向，被动细长杆已被称为对齐的优先对齐。我们发现，拉格朗日对齐减少游泳速度时，回旋是弱的，而拉格朗日对齐增强的制度，其中回旋是强的。

拥挤增强扩散：高纠缠自推进刚性纤维的精确理论

Crowding-Enhanced Diffusion: An Exact Theory for Highly Entangled Self-Propelled Stiff Filaments

我们研究了一个强烈的相互作用拥挤的系统的自推进刚性细丝事件驱动的布朗动力学模拟和分析理论，以阐明拥挤和自推进的复杂相互作用。我们发现一个显着增加的有效扩散系数后，增加的细丝数密度超过一个数量级。这种反直觉的“拥挤更快”的行为可以通过扩展Doi和Edwards开创的用于高度纠缠的拥挤、被动到主动系统的限制管的概念来合理化。我们预测的有效扩散系数的Péclet数和细丝数密度的函数的标度理论。随后，我们证明了一个精确的表达式推导出一个单一的自推进丝与运动参数作为输入可以预测的非平凡的时空动态在整个范围内的长度和时间尺度。特别是，我们的理论捕捉短时间的扩散，定向游泳运动在中间的时间，并在长时间的过渡到完整的取向松弛。

活动性与非互惠性相互作用在示踪动力学中的作用：从非平衡波动-耗散到巨扩散

Interplay of activity and non-reciprocity in tracer dynamics: From non-equilibrium fluctuation-dissipation to giant diffusion

研究揭示了非互惠相互作用如何通过非平衡波动-耗散关系影响示踪体扩散，发现非互惠性增强导致巨扩散，对主动软物质和生物系统有重要影响。

随机力增强非运动活性物质中的示踪剂扩散

Stochastic Forces Enhance Tracer Diffusion in Non-motile Active Matter

本研究揭示生物系统中粒子间互易随机波动的相互作用可在无自推进或非互易性时增强示踪剂扩散，为致密非平衡悬浮液中增强扩散性提供独特通用途径。