Swarming and swirling in self-propelled polar granular rods
利用各向异性振动棒的实验和准二维数值模拟，我们表明，形状起着重要的作用，在自推进（SP）粒子的集体动力学。我们表明，SP棒表现出局部有序，聚集在侧壁，和集群在圆形SP颗粒缺席。此外，我们发现，在足够强的激发SP棒从事持续的旋涡运动中的速度是强烈相关的粒子取向。
2007-10-26 cond-mat.other cond-mat.soft
Swarm behavior of self-propelled rods and swimming flagella
自推进粒子系统以其聚集和群体行为的倾向而闻名。我们调查两个模型系统，自推进杆通过体积排阻相互作用，和正弦式跳动的鞭毛嵌入在流体动力学相互作用的流体。在鞭毛系统中，拍频是具有非零平均值的高斯分布。这些系统进行了研究布朗动力学模拟和中尺度流体动力学模拟，分别。分析了颗粒密度、环境噪声或内部噪声变化时的聚类行为。通过区分三种类型的集群规模概率密度函数，我们得到了不同的群体行为的相图。分析了团簇的结构、寿命和平均大小等性质。我们发现，两个系统的群体行为，其特征在于几个有效的幂律，是非常相似的。然而，更仔细的分析揭示了一些差异。自推进杆的簇由于部分受阻的向前运动而形成，并且因此通常是楔形的。在高棒密度和低噪声下，出现一个巨大的移动团，其中大多数棒大多朝向中心。相反，鞭毛变得水动力学同步并相互吸引;它们的簇因此更长。此外，鞭毛簇的寿命衰减更快的簇的大小比棒簇。
2010-08-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Noise induced swarming of active particles
本文研究了空间相关噪声对自推进粒子速度的影响。作用在自推进粒子上的随机力的相关性可以诱导定向集体运动，即群集。即使在有利于无序状态的速度方向上存在排斥耦合，波动中的强相关性也可以使速度局部对齐，从而导致宏观湍流速度场。另一方面，虽然空间相关的噪声是本地对齐的速度，群集过渡到全局定向运动时，噪声的相关长度是非零的，但小于系统的大小被抑制。我们在一个全局耦合速度矢量平均场模型中分析了$d$维空间中的群集跃迁。
2022-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
A self-propelled particle in an external potential: is there an effective temperature?
本文研究了线性和二次外势场中单个自走无热粒子的定态。自推进被建模为一个波动的力量演变根据奥恩斯坦-乌伦贝克过程，独立于粒子的状态。在没有外部电势的情况下，在长时间限制下，在粘性介质中移动的自推进粒子执行扩散运动，这允许识别有效温度。我们表明，在存在一个线性的外部电位的定态分布有一个指数的形式与自由自推进粒子的有效温度确定的沉降长度。在存在二次外势时，定态分布具有高斯形式。然而，一般来说，这种分布不是由自由自推进粒子的有效温度决定的。
2014-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Immobility of isolated swarmer cells due to local liquid depletion
针对细菌群游中孤立细胞不移动而细胞簇可移动的现象，本研究揭示低局部细胞密度下孤立细胞暂时无法移动与局部液体耗尽及鞭毛束散开相关，指出忽略流体动力学效应的干模型不足以描述群游细菌。
2024-11-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Emergent states in dense systems of active rods: from swarming to turbulence
自推进的棒状颗粒的稠密悬浮液表现出各种迷人的非平衡现象。通过计算机模拟的极小模型的刚性自推进的可变形状的胶体棒，我们探讨了在大范围的棒密度和纵横比的新兴国家的一般图。动力学研究使用一个简单的数值方案的过阻尼无噪声摩擦动力学的多体系统中，空间位阻力占主导地位的流体动力学。不同的涌现状态由不同的特征关联函数和合适的序参量场来识别。在低密度和低纵横比下，没有相干运动的无序相在大纵横比下先于高度合作的群集状态。相反，在高密度弱不等轴颗粒表现出明显的干扰过渡，而细长的颗粒形成动态laning模式。在两者之间有一个大的窗口，对应于强涡流、湍流。不同的动力学状态应该在游动细菌和人工杆状微游泳者系统中得到验证。
2012-04-02 cond-mat.soft
Hydrodynamic Swarming of Thermally Active Dimeric Colloids
自推进泳动胶体最近出现了作为一个有前途的途径设计的人工游泳者。这些游泳运动员将纯粹的泳动相互作用与复杂的流体动力学结合起来，流体动力学严重依赖于游泳运动员的形状。本文采用流体力学模拟的方法研究了憎热二聚体胶体的单粒子运动及其集体行为。电泳排斥和流体动力学的横向吸引相结合，有利于形成平面运动的集群。因此，所得到的扁平群中的流体动力学组件对这些二聚活性胶体非常特异。
2017-01-24 cond-mat.soft
Spontaneous Segregation of Self-Propelled Particles with Different Motilities
我们使用布朗动力学模拟在两个维度上研究了自推进和被动棒状粒子的混合物。模拟结果表明，这两个物种自发地分离产生一个丰富的阵列的动力域结构，其属性取决于推进速度，密度和组合物。除了提出相图作为系统参数的函数，我们调查的机制驱动隔离。我们发现，自推进和被动杆之间的碰撞频率的差异提供了一个驱动力的隔离，这是放大的自推进杆的倾向，群集或集群。最后，自推进和被动棒表现出巨大的数字波动足够的推进速度。
2011-10-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Local control for the collective dynamics of self-propelled particles
本研究以自驱动粒子典型模型为对象，发现单个粒子的局部加速度可驱动集体动力学转变，该触发能力呈层级分布且有空间模式，转变中的混沌源于分形吸引域边界，为人工集群去中心化控制提供新思路。
2024-01-29 cond-mat.soft
Nematic Colloidal Swarms Assembled and Transported on Photosensitive Surfaces
我们展示了一种新的方法来组装和运输成群的胶体颗粒相结合的液晶使能电泳和光敏表面图案化。胶体粒子通过施加交流电场而在液晶中被推进。粒子群被组装成旋转的研磨机集群，或者作为一个整体沿着预定义的路径移动，光印在化学功能化的基底上。该技术代表了基于流体的芯片实验室技术的替代方法，该技术引导微米级固体或液体夹杂物的大集合的运动。
2016-04-14 cond-mat.soft
Swarming Lattice in Frustrated Vicsek-Kuramoto Systems
Institute of Systems Science, Huaqiao University（华侨大学系统科学研究所）；School of Mathematical Sciences, Huaqiao University（华侨大学数学科学学院）；College of Information Science and Technology, Huaqiao University（华侨大学信息科学与工程学院）；College of Mechanical Engineering and Automation Science and Technology, Huaqiao University（华侨大学机械与自动化学院）
本研究通过引入摩擦参数α，揭示了受挫Vicsek-Kuramoto系统中纯方向性相互作用如何形成对称晶格，并挑战了空间力的必要性。
2025-12-22 cond-mat.soft nlin.AO
Anonymous leadership and stochastic resonance in collectives of self-propelled robots
Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA)（布宜诺斯艾利斯理工学院）；CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）
研究匿名领导者对自驱动机器人集体的影响，发现其在中间扰动水平下诱导随机共振，通过Kilobot实验和模拟验证领导者反转周期与系统无扰动平均驻留时间匹配时产生共振。
2025-10-14 cond-mat.other cond-mat.soft
Dynamical Self-regulation in Self-propelled Particle Flows
本文研究了二维过阻尼自推进粒子的连续介质模型。通过分析和数值计算相结合的工作，我们绘制了通用参数的相图。我们发现，该系统自组织成两个强大的结构，在不同的区域的参数空间：孤立波的有序群移动通过一个低密度的无序背景，和固定的星。流动的自调节性质产生相分离，在这类系统中普遍存在，并控制孤波的形成。自推进和相关的活跃对流在星的形成中起着至关重要的作用。我们工作的一个新结果是一个相图，以统一的方式显示这些不同的制度。
2011-12-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Formation of Spiral-Coils among Self-Propelled Chains
通过布朗动力学模拟，研究了具有排斥体积相互作用的自推进链的动力学行为，其中链的弯曲弹性是变化的。弯曲弹性的变化导致了纯短链体系中团簇行为的各种特征。当一个长的自推进链与这些短链混合时，它可以折叠成螺旋线圈，一种稳定旋转的螺旋构象，或者在短链的高密度下，或者在长链本身足够柔性的低密度下。我们的研究结果定性地支持了这样的推测，即溶藻弧菌群中螺旋线圈的形成是由较短细菌簇的碰撞引发的。
2018-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Contagion dynamics in self-organized systems of self-propelled agents
我们研究了一个具有极性排列的自推进粒子系统中的易感-传染-隔离传染动力学。使用基于代理的模拟，我们分析了不同的组合的空间参数（对齐强度和Peclet数）和流行病参数（感染寿命的传染性和持续时间的个人感染期）的爆发过程。我们发现，新兴的空间特征强烈影响的传染过程。有序的同质状态极大地不利于感染传播，由于它们的混合有限，仅在个体感染持续时间的高值时才实现大爆发。无序的同质状态也呈现低传染能力，需要相对高的值的两个流行病参数，以达到显着的传播。相反，非均匀有序状态显示高爆发水平的参数范围很广。在这些状态下，条带和簇的形成有利于通过在这些结构内部和外部发展的过程的组合进行感染传播。我们的研究结果强调了自组织时空特征在各种传染过程中的重要性，这些过程可以描述流行病或其他传播动力学，从而提出了理解，预测和控制它们在各种自组织生物系统中传播的新方法，从细菌群到动物群和人群。
2021-06-15 cond-mat.soft nlin.AO
Self-Propelled Rods: Insights and Perspectives for Active Matter
广泛的实验系统，包括滑行，群集和游泳的细菌，体外运动性测定以及摇动颗粒介质通常被描述为自推进杆。这些实体的大量集合显示了各种各样的自组织集体现象，包括移动的极团、极和极动力带、迁移率引起的相分离、拓扑缺陷和中尺度湍流等的形成。在这里，我们给出了一个简短的调查的实验观察和审查的理论描述自推进杆。我们的重点是紧急斑图形成的合奏干自走棒受短程，接触介导的相互作用和他们的湿同行，也受到远程流体动力学流。总而言之，自推进棒提供了一个总体主题，涵盖了活性物质的许多方面，包含充分探索的限制情况。它们的集体行为不仅连接了已充分研究的极性自推进粒子和活性向列相分子的机制，包括活性相分离，而且还揭示了丰富多样的新模式。
2019-11-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Differentiating swarming models by mimicking a frustrated anti-Ferromagnet
自推进粒子（SPP）模型经常与动物群进行比较。然而，在实验中观察到的集体行为通常在这些模型的结构中留下相当大的不受约束的自由。为了解决这种简并性，并更好地区分候选模型，我们研究了在通道（如自旋）中循环的SPP群，在这些通道中，我们允许信息通过相邻通道之间的窗口。粒子之间的共对准然后耦合通道（反铁磁性地），使得它们倾向于反向旋转。我们研究渠道安排模仿几何挫折反铁磁体，并显示这种挫折的影响，使我们能够更好地区分SPP模型。因此，类似的实验可以提高我们对动物集体运动的理解。最后，我们将讨论如何利用自旋类比来构建通用逻辑门，从而群集系统，可以作为图灵机。
2014-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The nonequilibrium glassy dynamics of self-propelled particles
我们研究玻璃态动力学发生在致密的组件的非热活性粒子，仅由非平衡自推进机制驱动。主动力被建模为一个Ornstein-Uhlenbeck随机过程，其特征在于持续时间和有效温度，和粒子通过一个Lennard-Jones潜在的，产生良好的研究在布朗极限的玻璃态行为的相互作用，获得的持续时间消失。通过增加的持续时间，系统更强烈地偏离热平衡，我们提供了一个全面的数值分析所产生的活性流体的结构和动力学。有限的持续时间深刻地影响流体的静态结构，并引起非平衡的速度相关性，在热系统中是不存在的。尽管这些非平衡功能，对于任何值的持续时间，我们观察到的非平衡玻璃化转变的有效温度降低。令人惊讶的是，增加偏离热平衡被发现促进（而不是抑制）的玻璃态动力学。总的来说，我们的研究结果表明，随着持续时间的增加，微观性质的活性流体的变化定量，但广泛的功能的非平衡态玻璃动力学观察到的有效温度降低定性相似的热玻璃形成。
2016-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A geometric condition for robot-swarm cohesion and cluster-flock transition
本文提出自推进粒子尺寸可控聚类的几何设计规则，发现活性粒子的内在参数“曲率性”可从第一性原理推导，并通过实验和模拟证明其控制机器人集群凝聚与群集稳定性，应用于超材料和去中心化控制。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Harnessing swarms for directed migration of interacting active particles via optimal global control
Centre Inria d'Université Côte d'Azur（蔚蓝海岸大学Inria中心）；Université Côte d'Azur, CNRS, Institut de Physique de Nice（蔚蓝海岸大学、法国国家科学研究中心、尼斯物理研究所）
本研究通过全局控制策略优化相互作用主动粒子在通道中的定向迁移，利用强化学习实现高效运输。
2025-12-02 cond-mat.soft
Clustering of chemically propelled nanomotors in chemically active environments
本文通过模拟与理论分析表明，化学活性介质中的 Turing 模式和螺旋波等时空结构可引导化学驱动纳米马达形成独特集体模式。
2024-03-02 cond-mat.soft nlin.AO nlin.PS
Acoustic signaling enables collective perception and control in active matter systems
本研究通过声学信号交换实现活性物质群体的集体感知与控制，发现多种自组织结构及涌现功能，为信息交换群体的组织机制提供见解，并启发微型机器人群体设计。
2025-05-23 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Mechanism of the Nonequilibrium Phase Transition in Self-Propelled Particles with Alignment
本研究利用景观-通量方法与粗粒化映射，揭示了Vicsek模型中非平衡相变的机制，发现非平衡通量逆时针旋转并驱动有序-无序转变，为理解复杂系统集体运动提供了新视角。
2024-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Light-switchable propulsion of active particles with reversible interactions
活跃的系统，如微生物和自推进粒子显示出大量的集体现象，包括群集，集群和相分离。对推进方向的控制和各个自推进单元之间相互作用的可切换性可能为从内部设计材料开辟新的途径。在这里，我们提出了一个自推进的颗粒系统，由半金涂层二氧化钛（$\mathrm{TiO}_2$）颗粒，在其中，我们可以快速和按需逆转推进方向，通过利用两侧不同的光催化活性。我们表明，在推进方向的逆转改变的性质的流体动力学相互作用从吸引到排斥，并可以驱动粒子组装进行融合和裂变过渡。此外，我们还表明这些活性胶体可以充当成核位点，并快速切换活性和被动粒子之间的相互作用，从而导致可重构的组装和拆卸。我们的实验定性描述的最小流体动力学模型。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Swarming in viscous fluids: three-dimensional patterns in swimmer- and force-induced flows
California State University, Northridge（北岭加州州立大学）；UCLA（加州大学洛杉矶分校）
研究通过第一性原理推导出粘性流体中自驱粒子群体的三维理论，揭示流体透明度、自驱机制和粒子相互作用对群体行为的影响，发现不同流体中粒子的运动控制方式不同，从而影响群体形态和稳定性。
2016-03-07 cond-mat.soft q-bio.PE
Micellization in active matter of asymmetric self-propelled particles: Experiments
本研究通过机器人群体实验，发现具有不对称形状的自推进粒子可依据惯性中心位置形成胶束，该现象由至少双粒子效应驱动，且不依赖溶剂化壳层，源于活性与形状不对称的相互作用。
2025-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Elasticity-driven collective motion in active solids and active crystals
我们介绍了一个简单的模型，自推进剂连接线性弹簧，没有明确的对齐规则。在临界噪声水平以下，代理自组织成一个集体平移或旋转组。我们推导了弹性薄板近似下平移态的解析稳定性条件。我们提出了一种基于弹性的机制，通过将自推进能量级联到低能模式来驱动收敛到集体运动。鉴于其简单性和普遍性，这种机制可以在各种生物和机器人群体中发挥相关作用。
2013-01-11 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Collective behavior of "flexicles"
提出由柔性囊泡包裹自推进棒状胶体构成的三维可变形“flexicle”模型，并通过模拟揭示碰撞变形、运动诱导相分离与类组织自发流动。
2024-10-24 cond-mat.soft
A Mechanical Route for Cooperative Transport in Autonomous Robotic Swarms
本文通过修改个体机器人摩擦与质量分布实现力对齐，使随机自推进机器人群无需感知通信即可自发协作运输大载荷，并提出几何判据与活性粒子模型解释该现象。
2024-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Traveling Bands, Clouds, and Vortices of Chiral Active Matter
我们考虑随机动力学的自推进粒子与非局部归一化排列相互作用的相位滞后。滞后的作用是间接地将手征性产生到粒子运动中。为了理解大尺度的行为，我们推导出一个连续描述的一个活跃的布朗粒子（ABP）流的宏观标度的形式的偏微分方程（PDE）的一个粒子的概率密度函数（DF）。由于间接手征性，我们找到了这类方程的一个新的空间齐次非定常解析解。我们的动力学和流体动力学理论的发展对这样一个解决方案揭示了存在着各种各样的空间非均匀的模式，让人想起的旅行带，云，和旋涡结构的线性活性物质。因此，我们的模型可以作为理解手性活性介质的性质和设计具有指定行为的多智能体群的基础。
2020-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.AO
Reinforcement Learning for Active Matter
School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China（物理与电子学院，湖南大学，长沙410082，中国）；Department of Physics, King's College London, London WC2R 2LS, United Kingdom（物理系，伦敦国王学院，伦敦WC2R 2LS，英国）
本综述系统梳理了强化学习（RL）在活性物质领域的应用，围绕单粒子运动策略优化与群集集体动力学调控两大方向展开，为活性物质的研究与多领域应用提供了参考。
2025-03-30 cond-mat.soft cs.LG cs.RO
Non-equilibrium thermodynamics in driven macroscopic self-assembly
University of Bristol（布里斯托大学）；Brown University（布朗大学）
本文通过可调宏观平台研究非平衡自组装，发现非零熵产率及与主动奥本海姆-乌尔岑模型的定量一致。
2025-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Learning Continuum-level Closures For Control of Interacting Active Particles
针对活性物质群难以操控的问题，提出基于通用微分方程的学习框架，从智能体模拟中学习连续介质闭合关系，嵌入模型预测控制实现对活性粒子动力学的精准调控。
2025-08-02 cond-mat.soft
Out-of-equilibrium interactions and collective locomotion of colloidal spheres with squirming of nematoelastic multipoles
本研究利用液晶中胶体形成的向列弹性多极子，在振荡电场驱动下实现双向运动，并通过非平衡弹性相互作用产生集体群集行为，且运动有序无堵塞。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Magnetic active matter across scales
Universidad de Chile（智利大学）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；University of Rome La Sapienza（罗马第一大学）
本综述聚焦携带固有磁偶极矩的活性自推进粒子，调研跨尺度相关实验与理论，阐明偶极相互作用的作用，讨论相关模型与涌现现象，概述磁性活性系统的挑战与机遇。
2026-08-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
