On the distribution and swim pressure of run-and-tumble particles in confinement
本文从理论上计算了非布朗运动的球形自由泳运动员在两平面硬壁之间的稀主动悬浮液中的空间和取向分布。使用动力学模型的基础上耦合散装/表面概率密度函数，我们证明了存在的浓度壁边界层与运行长度的厚度缩放，在整个通道的偏振的情况下，和存在尖锐的不连续性的散装取向分布在附近的取向平行于壁在近壁区域。我们的模型也适用于计算系统中的游泳压力，这接近以前提出的理想气体行为在宽通道，但被发现减少在狭窄的通道作为限制的结果。蒙特卡罗模拟也进行了验证，并显示出良好的定量与我们的理论预测。
2015-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Optimal search strategies of run-and-tumble walks
在运行和翻滚的步行，包括在随机重新定向的弹道偏移，模型的现象，从气体动力学细菌运动。我们评估的平均时间需要这个行走找到一个固定的目标在一个2D或3D的球形限制。我们发现，平均搜索时间承认一个最小的平均运行时间为各种类型的边界条件和运行时间分布（指数，幂律，确定性）的函数。我们的结果与纯弹道运动形成鲜明对比，这被预测为泊松分布目标情况下的最佳搜索策略。
2016-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Run-and-tumble particles with hydrodynamics: sedimentation, trapping and upstream swimming
我们模拟格子玻尔兹曼的运行和翻滚粒子（灵感来自细菌的极小模型）的非平衡稳态，相互作用的远场流体力学，受到限制。在重力作用下，流体动力学相互作用几乎不会干扰没有它们的稳定状态，但对于谐波陷阱中的粒子，如果运行长度大于限制长度，则这种状态会发生很大变化：形成自组装泵。同样限制在一个狭窄的通道中的颗粒显示了普瓦维尔流中的通用上游通量：不需要手性游泳。
2010-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.OT
Harnessing confinement and driving to tune active particle dynamics
活性粒子的一个显著特征是驱动其动力学的非平衡噪声的性质。因此，这些噪声特性的控制是基本的和应用的兴趣。我们展示了紧急调谐的主动噪声的颗粒自推进粒子，将其限制在一个准一维通道。我们发现，这种粒子，像一个活跃的布朗粒子（ABP）在二维移动，显示运行和翻滚（RTP）的限制特性。我们表明，动态的相对取向坐标的粒子映射到布朗粒子在一个周期性的潜力受到一个恒定的力，在类比的分子马达的动力学。该映射捕获一维RTP运动的基本统计特性。具体来说，我们的理论分析是在协议的相对取向坐标和运行时间（翻滚率）的粒子的经验分布。最后，我们明确控制这些紧急运行和翻滚一样的噪声参数的外部驱动。总而言之，我们的工作说明了几何形状引起的调整的主动动态的自走式单位，从而提出了一个独立的路线，利用其内部动态。
2021-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stationary distributions of propelled particles as a system with quenched disorder
本文探讨了把处于稳态的被推进粒子看作是一个具有淬火无序的系统的观点。当漂移方向的速率为零，并且表示漂移的线性势成为外部势的一部分，导致有效势$u_{eff}$时，该类比是准确的。然后，通过考虑所有贡献漂移方向，将稳态分布计算为无序平均量。为了将这种观点扩展到漂移方向随时间演变的情况，我们将相关的福克-普朗克方程重新表述为自洽关系。这个公式的一个有趣的方面是它是用玻尔兹曼因子$e^{-βu_{eff}}$表示的。在一个运行和翻滚模型的情况下，配方揭示了粒子之间的有效相互作用。
2021-05-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy production of run-and-tumble particles
该研究系统分析了跑停模型中的熵产生，推导了自由、谐波约束及各向异性情形下的精确表达式，并推广至空间异质和d维运动。
2024-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Programming tunable active dynamics in a self-propelled robot
本研究提出一种方案，通过差速驱动机制和微控制器编码，使自驱动机器人实现可调活性动力学，并验证其与理论预测一致，为活性物质物理及仿生机器人应用开辟新途径。
2023-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Escape dynamics of a self-propelled nanorod from circular confinements with narrow openings
本研究通过模拟探究自驱动纳米棒从带窄开口圆形限制中的逃逸动力学，计算相关分布与时间参数，揭示活性对逃逸行为的调控机制，为区分活性与被动扩散逃逸动力学提供依据。
2023-08-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spontaneous Emergence of Run-and-Tumble-Like Dynamics in a Robotic Analog of \textit{Chlamydomonas}: Experiment and Theory
本研究通过刚性杆连接的干燥自推进机器人模拟莱茵衣藻，发现系统自发涌现类跑-翻滚动力学，并通过理论模型揭示其物理机制，为微游动者运动提供新见解。
2025-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Optimized Diffusion of Run-and-Tumble Particles in Crowded Environments
我们研究了自推进粒子在动态复杂环境中的输运。为了得到精确的结果，我们引入了一个模型的运行和翻滚粒子（RTPs）在离散时间的$d$维立方晶格扩散硬核障碍物的存在下。我们推导出一个显式的RTP的扩散率，这是精确的固定障碍物的低密度的限制。要做到这一点，我们介绍了一个推广的卡茨定理的平均返回时间的马尔可夫过程，我们希望是相关的一大类格子气问题。我们的研究结果表明，RTPs的扩散是非单调的翻滚概率足够低的障碍物的流动性。这些结果证明了RTPs在拥挤和无序环境中的运输优化的潜力，并应用于能动的人工和生物系统。
2018-07-11 cond-mat.stat-mech
Dynamics of Run-and-Tumble Particles in Dense Single-File Systems
研究了拥挤单列环境中自推进粒子的极小模型。我们扩展经典模型的排斥过程（先前分析的扩散和驱动示踪粒子）的情况下，示踪粒子是一个运行和翻滚粒子（RTP），而所有的浴粒子进行对称随机行走。在高密度的浴粒子的限制，我们推导出精确的表达式的RTP位置$X$和所有的累积量，适用于任意值的翻滚概率$α$和时间$n$的全分布$\mathcal{P}_n(X)$。我们的研究结果突出了拥挤的动力学的显着影响：即使累积量的RTP位置的$α$在中间的时间尺度的增加功能，并显示一个subdiffusive异常缩放$\propto \sqrt{n}$独立于$α$在长时间的限制$n\to \infty$。这些分析结果为定量分析真实生物或人工微泳者在极端禁闭中的实验轨迹奠定了基础。
2018-07-11 cond-mat.stat-mech
Activated escape of a self-propelled particle from a metastable state
研究了噪声驱动下的活动布朗粒子（ABPs）和翻滚粒子（RTPs）从束缚势中的逃逸。在小噪声极限下，我们给出了逃逸率在任意维变分问题中的精确表达式。对于一维的RTPs，我们得到了一个显式的解决方案，包括第一次领导的修正。在两个维度上，我们解决了RTPs和ABPs从二次井的逃逸问题。与平衡问题相反，我们发现逃逸率明显取决于势垒的完整形状，而不仅仅是它的高度。这导致了许多不寻常的行为。例如，当一个粒子被困在两个势垒之间时，它可能会优先从较高的势垒中逃逸。此外，随着自推进速度的变化，逃生路线可以不连续地从一个障碍切换到另一个障碍，导致动态相变。
2019-06-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Asymmetry-Induced Chiral Dynamics in Coupled Self-Propelled Robots: Spinning and Circular Motion
Indian Institute of Technology Mandi（印度理工学院曼迪分校）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
研究两个由弹簧耦合的自推进活性布朗机器人系统中几何不对称如何产生净扭矩，导致持续旋转运动，并展示三种动力学状态：奔跑-翻滚、圆周轨迹和自旋。
2026-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of oscillatory states of self-propelled colloids under optical confinement
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
研究光束作用下自驱动胶体的单粒子运动，发现其在接近固体表面时表现出准二维活性运动，并通过旋转反转形成稳定振荡态，提出包含非线性扭矩效应的最小现象模型解释其定向变化。
2025-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Coarsening and clustering in run-and-tumble dynamics with short-range exclusion
利用一维格点模型研究了自推进剂拥挤系综中的聚簇和粗化现象。持久的排斥过程，其中颗粒移动的方向，随机变化，在一个低翻滚率$α$，扩展允许网站被一个以上的颗粒占据，每个网站的最大$n_\text{max}$。分为三个阶段。对于$n_\text{max}=1$，形成团簇气体，其尺寸呈指数分布，并且不发生粗化。对于$n_\text{max}\geq 3$和小值的$α$，粗化发生，并且几乎没有大的团簇出现，其中颗粒总数的大部分在其中。在相同的$n_\text{max}$范围内，但对于较大的$α$值，气相中可忽略的一部分颗粒成为簇的一部分。最后，$n_\text{max}=2$对应于交叉阶段。研究了阶段之间过渡的特征，扩展了模型，以允许$n_\text{max}$取真实值，并且跳转到已占用站点是概率性的。从团簇的气体的粗化阶段的过渡是连续的，大团簇的质量不断增长时，改变最大占有率，交叉发现对应的值接近的过渡。从粗化到气相的第二次转变可以是连续的或不连续的，这取决于参数，临界点将两种情况分开。
2016-08-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Is active motion beneficial for target search with resetting in a thermal environment?
本文研究热环境中带随机重置的自驱动 run-and-tumble 粒子的目标搜索效率，发现主动搜索在自驱动速度大、翻转率高且热噪声小时优于布朗搜索，且热噪声和重置时反转速度方向均有助于缩短搜索时间。
2024-07-04 cond-mat.stat-mech
Epidemic processes on self-propelled particles: continuum and agent-based modelling
本文研究自推进粒子上的 SIS 流行病传播，结合连续介质理论与基于智能体模拟，揭示扩散运动使一至三维中的流行病转变均呈平均场类型。
2022-03-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spinning Living Crystals of Run-and-Tumble Particles with Environmental Feedback
University College London（伦敦大学学院）；Universidade de Lisboa（里斯本大学）
研究揭示了活性物质中集体旋转的新机制，动态环境通过反馈协调非手性活性粒子自组织形成持续集体固态旋转的活晶体，且粒子长持续时间运动导致不同于传统扩散的动态特性。
2026-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Control protocols for harmonically confined run-and-tumble particles
Institute for Complex Systems, CNR（复杂系统研究所，意大利国家研究委员会）
研究通过谐振约束下的跑- tumble 粒子模型，提出时变控制协议以实现系统状态转换，并分析最小工作量的最优策略。
2026-07-28 cond-mat.stat-mech
The Countoscope for self-propelled particles
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；FAST（快速科学与技术实验室）；Sorbonne Université（索邦大学）；Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes Interfaciaux（电解质与界面纳米系统物理化学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究通过计数镜方法量化高密度系统中粒子动力学，适用于无法跟踪粒子的情况，分析自推进粒子的数波动特性，揭示不同时间尺度下的物理特征。
2026-04-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lattice Models of Nonequilibrium Bacterial Dynamics
研究了一个在格子上表现出奔跑和翻滚动力学的自推进粒子模型。这种非布朗扩散的特征在于在方向变化之间具有有限持续长度的随机游走，并且受到诸如E.杆菌通过定义一类具有多种粒子和种间嬗变的模型，我们可以重现这样的动力学。这些模型承认准确的分析结果，同时也形成了一个对应的运行和翻滚动力学以前的连续模型。我们解决了外部驱动的非相互作用和零范围版本的模型，并利用场论的方法来推导出更一般的相互作用的连续波动的流体动力学。我们接触到以前的方法来运行和翻滚动力学的晶格，并确定一类拥挤的相互作用，跳跃率随着密度的增加而降低的稳态和线性稳定性。除了从非平衡统计力学的角度来看它的兴趣之外，只要满足某些条件（我们推导出的），这种晶格模型就构成了模拟一类与细菌运动相关的相互作用的运行和翻滚模型的有效工具。
2011-02-23 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Transfer of active motion from medium to probe via the induced friction and noise
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Peking University（北京大学）
研究通过诱导摩擦和噪声，实现了从活性介质到探针的活性运动传递，揭示了持久性在不同尺度间的跨尺度传递机制。
2025-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Run-and-tumble motion in a linear ratchet potential: Analytic solution, power extraction, and first-passage properties
本文推导了线性棘轮势中游动-翻滚粒子的稳态密度、电流、熵产生、功率及效率的解析解，揭示了参数的非单调优化特征，并计算了首达时间，为活性引擎设计提供了理论支持。
2023-07-31 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Diffusion of active particles in a complex environment: Role of surface scattering
实验表明，自行推进的粒子可以沿着圆形障碍物的表面滑动，而不会长时间被困。利用模拟和理论，我们研究了边界条件对障碍晶格中活性粒子扩散输运的影响。我们发现，粒子动力学与滑动边界条件的结果在大的扩散系数，即使在高障碍物密度，不像经典的镜面反射。这些动态是非常好地描述了一个模型的基础上运行和翻滚粒子与微观派生的重定向功能所产生的障碍引起的翻滚。然而，这个模型，无法描述精细结构的扩散在高障碍物密度的模拟预测。使用一个简单的确定性模型，我们表明，这种结构的结果从粒子被引导的晶格。因此，我们的研究结果表明，如何非经典的表面散射介绍了在高密度的晶格几何形状的依赖。我们讨论了复杂环境中的细菌研究的影响。
2018-10-23 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Noisy pursuit by a self-steering active particle in confinement
本文理论与模拟研究了受限空间中自转向活性粒子追逐静止目标的行为，发现追逐者-目标距离存在基于 Peclet 数和机动性的普适标度，转向引入恒定平均距离区间，受限则显著影响推进方向并导致对受限强度高度依赖的标度。
2023-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mobility Anisotropy Reshapes Self-Propelled Motion
University of Vermont（佛蒙特大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
该研究针对二维受简谐势阱约束的各向异性迁移自驱动粒子，推导精确闭式矩，发现高持续性下MSD的两步弛豫行为及非单调负超额峰度，明确其与迁移各向异性的关联。
2026-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jamming pair of general run-and-tumble particles: Exact results, symmetries and steady-state universality classes
本文利用分段确定性马尔可夫过程（PDMP）直接建模游走-翻滚粒子系统，解析推导出设定稳态不变分布的守恒条件，并显式构造了精细阻塞与全局阻塞两个普适类，揭示了其非平衡特征及不变测度的类悬链约束。
2025-03-05 cond-mat.stat-mech math.PR
Inverse Clausius Thermodynamics in Run-and-Tumble Dynamics
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
建立一维有热噪声游动-翻滚粒子与空间变温过阻尼布朗运动的映射，通过逆克劳修斯热力学框架从稳态密度推断有效温度，并直接提取熵流和熵产生率。
2026-06-17 cond-mat.stat-mech
Sedimentation, trapping, and rectification of dilute bacteria
\textit{E. coli}所展示的细菌的奔跑和翻滚动力学，提供了一个简单的实验实现的非布朗，但扩散，颗粒。在这里，我们提出了一些分析和数值结果的理想（低密度）的限制，其中粒子没有流体动力学或其他相互作用，因此进行独立的运动模型。我们处理三种情况：重力沉降;限制由谐波外部电位;和整流由一条'漏斗门'，我们的模型由一个区域，其中翻滚率取决于游泳方向。我们将我们的结果与最近的实验和模拟文献进行比较，并突出与胶体颗粒的扩散运动的相似性和差异。
2009-03-18 cond-mat.stat-mech
Integral equation formulation of run-and-tumble particles in a harmonic trap: the special status of a system in two-dimensions
本研究采用积分方程表述研究谐振阱中的奔跑-翻滚粒子模型，发现二维系统的跃迁算符具有可逆性，可通过细致平衡直接得到稳态分布，且该可逆性依赖于等待时间的指数分布。
2025-06-13 cond-mat.stat-mech
Target search by active particles
本文综述了活性粒子目标搜索问题的理论结果，重点分析三种自推进模型在吸收目标下的首通与生存概率，并讨论重置机制对有限时间内找到目标的帮助。
2023-11-29 cond-mat.stat-mech
Confinement-driven state transition and bistability in schooling fish
通过红鼻剪刀鱼实验，发现限制密度控制鱼群从极化到旋转状态的连续转变，并表现出可用两状态马尔可夫过程描述的双稳态，为受限活性物质模型提供实验基准。
2024-07-25 cond-mat.stat-mech nlin.AO
Identifying the signatures of residual activity in harmonically bound active Brownian dynamics
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究谐波束缚活性布朗粒子动力学，通过解析计算和数值模拟，分析不同活性下多种动力学指标变化，识别谐波约束阻碍后残余活性特征，揭示不同位置分布 regime 中动力学受残余活性影响的情况。
2026-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Motility-induced phase separation and coarsening in active matter
活性系统，或称活性物质，是一种自我驱动的系统，它在远离平衡的状态下生活或发挥作用--我们在这里集中讨论的一个典型例子是悬浮的自运动粒子。主动系统远离平衡，因为它们的微观组成部分不断消耗环境中的能量来做功，例如推动自己。活性物质的非平衡性质导致了许多有趣的现象。最近，生物和软物质物理学家们非常感兴趣的一个重要问题是所谓的“运动诱导相分离”，即自推进粒子在它们之间没有任何明显的吸引力相互作用的情况下聚集成团。在这里，我们回顾了运动引起的相分离的物理学，并在相分离和粗化的经典物理学的框架内讨论这种现象。我们还讨论了细菌菌落粗化可能被逮捕的理论。大部分的工作将集中在运行和翻滚的情况下，主动布朗粒子在溶剂介导的流体动力学相互作用的情况下，我们将简要讨论他们的作用，这是目前还没有完全理解在这方面。
2015-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Current fluctuations in finite-sized one-dimensional non-interacting passive and active systems
本文研究了有限一维盒子中非相互作用扩散粒子和run-and-tumble粒子的effusion问题，推导了边界流出粒子数涨落的解析结果，并证明了在有限系统中annealed和quenched涨落会在特定时间尺度后趋于一致。
2024-04-22 cond-mat.stat-mech
Trapping of an active Brownian particle at a partially absorbing wall
本文研究二维通道中活性布朗粒子在部分吸收壁处的捕获问题，通过分离壁外动力学与壁附着动力学，用概率方法推导出平均首达时间的显式表达式，并支持更一般的遭遇模型。
2023-02-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium statistical mechanics of swarms of driven particles
作为细胞和有机体集体运动的一个粗略模型，我们在这里发展了自推进粒子群的统计力学。我们的方法与最近发展的主动布朗运动理论和正则耗散系统理论密切相关。研究了群体在外场中的自由运动和运动。简要地情况下的粒子被限制在一个环和相互作用的排斥力进行了研究。在更详细的研究中，我们调查的Morse型吸引力的自约束。我们从N = 2开始，讨论吸引子和分布函数，然后讨论N > 2的情况。对主动布朗粒子群与Morse力相互作用的几种动力学模式进行了模拟。特别是我们研究的旋转，漂移，波动的形状和团簇形成。
2003-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The Parental Active Model: a unifying stochastic description of self-propulsion
我们提出了一个新的总体模型的自推进粒子，灵活地产生一个完整的家庭的“后代”。本文介绍的一般动力学模型（PAM）统一了两种通常用来描述活性物质的特殊情况，即活性布朗粒子（ABPs）和活性奥恩斯坦-乌伦贝克粒子（AOUP）。因此，我们记录了它们之间存在着深刻而密切的随机关系，从而导致自推进速度的大小和方向的波动之间的微妙平衡。除了说明这两个常见的模型之间的关系，PAM可以产生额外的后代，ABP和AOUP动力学之间的插值，可以提供更合适的模型，为一大类生活和无生命的活性物质系统，拥有他们的自推进速度的特征分布。我们的一般模型中存在的谐波外部约束进行评估。对于这个参考例子，我们提出了一个两态相图，揭示了位置密度分布的形状的过渡，从单峰高斯AOUPs的墨西哥帽状的配置文件ABPs。
2022-01-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical density functional theory for circle swimmers
大多数关于自推进粒子和微型游泳者的研究集中在不具有确定性弯曲轨迹的物体上。然而，完美的轴对称在现实中很难找到，形状不对称的主动微泳者往往表现出持久的曲率的轨迹。因此，我们在这里提出了一个粒子尺度的统计方法的圆游泳悬浮液的动力学密度泛函理论。它是基于一个最小的microswimmer模型，特别是，包括游泳者之间的流体动力学相互作用。在理论推导之后，我们数值研究了将游泳者限制在圆对称势阱中的平面示例情况。在那里，我们发现，增加曲率的游泳轨迹可以扭转主动驱动器的定性效果。更准确地说，随着曲率的增加，游泳者向外推动限制的效率降低，而是在陷阱的中心形成高密度的斑块。我们的结论是，在水动力相互作用的存在下，个别游泳者的圆周运动具有局部化效应。我们的部分结果可以通过实验得到证实，例如，使用不同长宽比的L形圈游泳者的悬浮液。
2018-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Boundary- and Screening-Induced Bubbly Phases in Autophoretic Active Matter
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究探究了自驱动活性粒子的集体动力学，发现由边界和筛选诱导的新型气泡相，绘制了不同边界条件下的相图，为微流控中活性组装与输运提供了设计规则。
2026-09-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
