Reciprocal microswimming in fluctuating and confined environments
本研究通过双球模型和脉冲响应函数，理论证明互易微游泳者在波动受限环境中可获得统计净位移，揭示形状步态与运动关系，为环境耦合统计运动提供基础。
2023-12-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of symmetry and hydrodynamics on the cohesion of groups of swimmers
本文通过三维远场模型研究对称性对游泳者群体凝聚力的影响，发现被动流体动力学仅能维持小群体凝聚，大群体分裂为子群体，并发现不稳定的流体动力学碾磨现象，提出控制子群体或外围行为可稳定集体行为。
2025-05-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The hydrodynamics of slender swimmers near deformable interfaces
本文研究了运动细长微游泳体与分离两个牛顿流体区域的可变形界面之间的耦合流体动力学。从由游泳运动产生的扰动场，我们定量表征的接口变形和耦合修改的microswimmer翻译本身的方式。我们对待的角色的游泳者类型（推和拉），尺寸和模型的接口，可以变形，由于表面张力和弯曲弹性。我们的分析揭示了强烈的依赖性的流体动力学的游泳者的方向和位置。给定两种流体介质的粘度、界面性质和游动体类型，游动体可以根据其配置朝向或远离界面迁移。当游泳者平行于界面定向时，如果其在更粘滞的流体中游泳，则推动器型游泳者在短时间内从界面被排斥。然而，在很长一段时间，推总是吸引界面，拉总是从它排斥。另一方面，垂直于界面取向的游泳者表现出相反的平行游泳者的迁移模式。因此，一个主机的复杂的迁移轨迹出现任意取向的界面的游泳者。我们发现，限制一个游泳者之间的刚性边界和可变形的接口的结果在制度的吸引力对两个表面取决于游泳者的位置在通道中，无关的粘度比。不同的迁移模式是最突出的顺序从接口，细长的游泳者模型产生一个更好的近似耦合流体动力学的游泳者大小的区域。
2022-04-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Synchro-nematic and -antinematic ordering of spheroidal circle swimmers
University of Hawai’i at Mānoa（夏威夷大学马诺阿分校）
研究手性游动者集体排列，用动力学理论分析其内在旋转等相互作用，揭示单个游动者形状和驱动各向异性如何决定结果，发现不同同步态致集体相，如同步向列/反同步向列序等
2026-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics of confined active fluids
我们从理论上描述了限制在薄液膜中的游动种群的动力学。我们首先证明了封闭游泳者之间的流体动力学相互作用仅取决于它们的形状，并且独立于它们特定的游泳机制。我们还表明，由于与墙壁的摩擦，限制游泳者不重新定向，由于流动梯度，但流场本身。然后，我们量化的后果，这些微观的相互作用规则的大规模流体力学的各向同性人口。我们详细研究了它们的稳定性和由此产生的相行为，突出了与传统的主动，三维悬浮液的差异。两类极地游泳者根据其几何极性而被区分。第一类产生的相干定向运动在所有尺度，而对于第二类，我们预测自发形成的相干集群（群）。
2012-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattices of hydrodynamically interacting flapping swimmers
鱼群和鸟群表现出复杂的集体动力学，其自组织原理在很大程度上是未知的。流体动力学对这些集体的影响在理论上相对未被探索，部分原因是难以模拟许多动态体之间的时间上长寿命的流体动力学相互作用。我们通过一个新的离散时间动力系统（迭代映射）来解决这个问题，该系统描述了在一维和二维晶格结构中排列的扑翼游泳者之间的流体动力学相互作用。我们的一维结果与先前发表的实验数据表现出良好的一致性，特别是预测的双稳态的学校教育状态和新的不稳定性，可以在实验设置中进行探测。对于二维晶格，我们确定的形成，游泳者最佳受益于水动力相互作用。因此，我们得到以下层次结构：虽然并排的单排“方阵”的形成提供了一个小的改进，一个孤独的游泳者，一维的直线和二维矩形晶格的形成表现出显着的改善，与二维菱形晶格提供最大的流体动力学的好处。一般来说，我们的自洽建模框架可以广泛适用于主动系统，其中集体动力学主要由流体介导的记忆驱动。
2019-11-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Low-Reynolds-number, bi-flagellated Quincke swimmers with multiple forms of motion
在零雷诺数（Re）的限制下，游泳者利用一系列非往复的身体运动来推进自己。对于人工游泳器，需要结合其几何和机械特性，适当选择驱动其运动的动力源。尽管各种外部场（磁场、声学、光学等）已经介绍了，电场很少用于在无限空间中实验性地致动这种游泳者。在这里，我们使用均匀和静态的电场，以证明运动的双鞭毛球在低Re通过昆克旋转。这些昆克游泳者表现出三种不同形式的运动，包括由于弹性电流体动力相互作用而产生的自振荡状态。每一种运动形式都遵循着空间中不同的轨迹。我们的实验和数值结果表明，一种新的方法来产生，并可能控制，人工鞭毛虫游泳运动。
2021-05-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic interaction between two elastic microswimmers
研究了由三个球体和两个简谐弹簧组成的两个弹性游泳体之间的水动力相互作用。在这个模型中，每个弹簧的自然长度被假设为经历规定的周期性变化，代表游泳者的内部状态[K。Yasuda等人，日本物理学会杂志86，093801（2017）]。我们得到了两个相同的弹性游泳者的平均速度作为他们之间的距离的函数，无论是结构不对称和对称的游泳者。结果表明，两个弹性游泳者的平均速度总是小于单个弹性游泳者的速度。根据两个弹性游泳者之间的相对相位差，两个游泳者的游泳状态可以是束缚的或非束缚的。
2019-03-26 cond-mat.soft
Activity-induced clustering in model dumbbell swimmers: The role of hydrodynamic interactions
使用流体-粒子动力学方法，我们数值研究了流体动力学相互作用对细菌运动的简单模型内的活性悬浮液的集体动力学的影响：每个微生物被建模为具有规定的偶极力对的行程平均哑铃游泳者。使用模拟和定性的参数，我们表明，当游泳者之间的分离是他们的大小相媲美，游泳者的运动受到强烈影响的活动引起的水动力。为了进一步了解这些影响，我们调查半稀释悬浮液的游泳运动员在热波动的存在。有和没有流体动力学相互作用的模拟之间的直接比较表明，这些以提高在一个相对较小的体积分数的动态聚类，与我们选择的模型，这种聚类行为的关键成分是流体动力学捕获的一个游泳者由另一个，引起的主动力。此外，密度依赖性的运动（平移和旋转运动）表现出明显不同的行为，有和没有流体动力学相互作用，我们认为，这是与集群的趋势。我们的研究说明了这样一个事实，即流体动力学相互作用不仅影响动力学途径的主动悬浮液，但也会导致其稳态性能的重大变化。
2014-08-06 cond-mat.soft
Understanding the Onset of Oscillatory Swimming in Microchannels
自我推进的胶体（游泳者）在限制的几何形状遵循由流体动力学相互作用与边界表面确定的轨迹。然而，通常这些交互被忽略或截断到最低阶。我们证明，高阶流体动力矩导致杆状游泳者遵循振荡轨迹在两个平行板之间的静态流体，使用格子玻尔兹曼模拟和远场计算的组合。这种行为甚至发生在远离限制壁的地方，并且不需要润滑效果。我们表明，游泳运动员的流体动力学四极矩是至关重要的振荡轨迹的发病。这一见解使我们能够开发一个简单的模型，通道中心附近的动力学的基础上，这些较高的水动力矩，并建议机会，以实验为基础的游泳者的水动力特性的表征。
2016-05-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics of Micro-swimmers in Films
表面和界面影响微生物生命的主要机制之一是通过扰动游泳产生的流体动力学流动。通过总结一系列递归的图像系统，我们推导出一个数值上易于处理的近似的三维流场的Stokeslet（点力）之间的粘性膜的平行无滑动表面和无剪切界面，从这个格林函数，我们计算的流量产生的力和扭矩自由的微型游泳者。我们还将Liron和Mochon（1976）的精确解推广到薄膜几何，这表明，如果薄膜与游泳者的尺寸相比足够厚，则图像序列给出了对游泳者流场的满意近似，并且我们导出了薄膜极限下的游泳者流。集中在厚膜的情况下，我们发现，偶极矩诱导的偏向游泳者积累在无滑壁，而不是水-空气界面，但高阶多极矩可以反对这一点。分析预测的基础上，我们提出了一种实验方法来找到多极系数，诱导圆形游泳轨迹，允许解析确定游泳者的三维位置在显微镜下。
2016-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Magnetocapillary Swimmers
我们提出了一个实验，其中三个介观软铁磁珠放置在液体表面上，并提交的磁场的影响。垂直的磁场产生一种排斥力，抵消了毛细吸引力。我们表明，竞争与第二，振荡领域，变形的结构在一个非互惠的方式。因此，该结构能够游泳。该实验在随附于本提交文件的流体动力学视频中得到了充分描述。
2013-10-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coherent Hydrodynamic Coupling for Stochastic Swimmers
最近发展起来的随机游动理论被用来研究通过流体动力相互作用耦合的主动系统中的相干性概念。结果表明，随机系统中各种变形模式之间的相关性与确定性系统中的相对内部相位起着相同的作用。一个例子是一个简单的游泳者可以使用这些相关性狩猎非游泳者形成一个可调速度和平衡分离的流体动力学束缚态。这些结果突出了纳米尺度随机游泳者的集体行为中相干性的重要性。
2010-07-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Micro-swimmer locomotion and hydrodynamics in Brinkman Flows
Universidad de Chile（智利大学）；New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）
研究微游泳器在Brinkman流体中的运动特性及流体动力学行为，推导了哑铃游泳器的游泳速度与阻力关系，并分析了远场流场的解析表达式。
2025-05-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann Hydrodynamics of Anisotropic Active Matter
存在过多的活性物质模型来描述自推进粒子（或游泳者）的行为，包括有和没有流体动力学。然而，很少有研究考虑形状各向异性游泳者，包括流体动力学的相互作用。在这里，我们介绍了一个简单的方法来模拟自推进胶体相互作用的流体动力学在粘性介质中使用格子玻尔兹曼技术。我们的模型是基于树莓型粘性耦合和力/反力的形式主义，确保系统是免费的。我们考虑了几个各向异性的形状，并描述其流体动力学多极流场。我们证明，形状各向异性可以导致存在一个强大的四极和八极矩，除了主偶极矩。模拟和表征这些高阶矩的能力将被证明是理解模型游泳者在限制几何形状中的行为的关键。
2016-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Propulsion and far-field hydrodynamics of linked-sphere microswimmers with viscoelastic deformability
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究了通过递归驱动的微游泳器动力学，分析了连接球设计的推进性能及远场流体动力学特征，揭示了粘弹性变形对游泳方向和流体特征的影响。
2026-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Auto-chemotactic micro-swimmer suspensions: modeling, analysis and simulations
微生物可以优先沿着化学引诱物的梯度定向和移动（即，chemotax），而许多微生物的菌落可以响应于它们自身产生的化学引诱剂而共同经历复杂的动力学。对于殖民地或群体的微型游泳者，我们调查如何“自动趋化”的反应，应该导致游泳者聚集的影响，由集体游泳所产生的非平凡的流体流动。为此，我们考虑趋化性模型的基础上的流体动力学理论的能动悬浮液，完全耦合到化学引诱剂的生产，运输和扩散。各向同性有序悬浮液的线性分析揭示了由于独立于游泳者类型发生的趋化性引起的聚集不稳定性，以及当游泳者是“推动者”时的流体动力学不稳定性。然而，非线性模拟表明，流体动力学相互作用可以显着修改的chemotactically驱动的聚集动力学悬浮液中的“推”或“拉”。这些耦合相互作用在殖民地中产生的动力学的不同状态进行了讨论。
2013-10-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Swimmers in thin films: from swarming to hydrodynamic instabilities
我们从理论上研究了低雷诺数游泳者被限制在两个维度的薄流体膜悬浮的集体动力学。我们的模型游泳者的特点是内部自由度，局部施加积极的压力（力偶极子或四极杆）的流体。我们发现，介导的薄膜的流体动力学相互作用可以引起自发的连续对称性破缺（群集），无论是极性或非均匀秩序的状态。对于双极游泳者，划水平均动力学足以确定集体行为的主要贡献。相反，对于四极游泳运动员，我们的分析表明，内部动力学的详细功能发挥了重要作用，在确定散装行为。在对称性破缺阶段，我们研究了系统的流体力学变量的波动，发现这些波动破坏了系统的有序性。有趣的是，这种不稳定性并不是普遍的，而是取决于长度尺度。
2010-12-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamics of chiral squirmers
许多微生物在环境流体中游动时采取手性路径。在本文中，我们研究了两个手征游泳者的联合行为，利用著名的蠕动模型考虑手征不对称性。相反，简单的蠕动模型，它有一个轴对称分布的滑移速度，手征蠕动有额外的不对称性的表面滑移，这有助于平移和旋转的运动。因此，游泳轨迹可以成为螺旋形和手征不对称性出现在流动模式。我们研究了一对手征蠕动体的游动轨迹。这种相互作用会导致吸引和排斥，在某些情况下甚至会导致有界状态，其中游泳者继续周期性地围绕共同的平均轨迹运行。这种束缚态是游泳者手征性质的标志。我们的研究可能与纤毛微生物的集体运动有关。
2021-06-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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。
2018-11-07 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Clustering instability of focused swimmers
活性物质的特征之一是具有丰富的非线性动力学和不稳定性。最近对趋光藻类的数值模拟表明，从Poietille流内部的流体动力聚焦获得的游泳者的细射流对于游泳者动态聚集的纵向扰动是不稳定的（Jibuti等人，E，90，2014）。作为一个简单的出发点来理解这些不稳定性，我们认为在本文中，一个初始均匀的一维线对齐的游泳运动沿同一方向，并使用连续的框架和离散的方法来描述其不稳定性。在这两种情况下，我们表明，游泳运动员之间的水动力相互作用导致密度的不稳定性，我们计算的增长率分析。推进器型游泳者的线条预计将保持稳定，而拉动器（如鞭毛藻类）的线条预计将始终不稳定。
2017-01-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
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
Hydrodynamic Interactions of Self-Propelled Swimmers
采用直接数值模拟方法研究了自推进颗粒悬浮液中的流体动力相互作用，该方法同时求解了宿主流体和游动颗粒。本文提出了一种改进的“光滑剖面”法（SPM），将微泳者模拟为蠕动者，蠕动者是球形粒子，粒子与流体之间具有特定的表面切向滑移速度。这个简化的游泳模型允许一个代表不同类型的推进（拉和推），因此是理想的研究游泳者之间的流体动力学相互作用。我们使用SPM来研究由于粒子的游泳运动而产生的扩散行为，并表明有两个基本机制负责这种现象：由粒子的蠕动运动引起的流体动力学相互作用，以及粒子-粒子碰撞。这种双重性质产生了两个不同的时间尺度和长度尺度，从而产生了两个扩散系数，这是我们通过对游泳运动进行适当的分析而获得的。我们发现，游泳者之间的碰撞可以解释在二元碰撞，其中有效的碰撞半径减少，由于在粘性流体中的游泳粒子的碰撞动力学。在短时间尺度下，游泳者的动力学类似于游泳悬浮液中的惰性示踪粒子的动力学，其中扩散运动由流体-粒子碰撞引起。我们的研究结果，以及我们所介绍的模拟方法，将使我们能够更好地了解复杂的水动力相互作用的自推进游泳。
2013-01-12 cond-mat.soft
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。
2008-05-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Near and far-field hydrodynamic interaction of two chiral squirmers
水动力相互作用强烈地影响着微泳者的集体行为。在本文中，我们研究了两个自推进手征泳者在低雷诺数区域的行为，同时考虑了近场和远场的相互作用。我们使用的手征蠕动模型，一个非轴对称的表面滑移速度，它概括了著名的蠕动模型的球形体。我们计算了当游泳者彼此非常接近时，他们之间的润滑力。通过改变滑移系数和游泳者的初始构型，我们研究了他们的水动力行为。在存在润滑力的情况下，游泳者要么彼此排斥，要么表现出游泳者之间的距离周期性地改变的有界运动。在某些参数范围内，润滑力有利于有界运动。本研究有助于理解纤毛虫微生物密悬液和人工游泳者的集体行为。
2022-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Scattering of low Reynolds number swimmers
我们描述了两个低雷诺数游泳者的流体动力散射的斯托克斯方程的时间反演不变性的后果。对于通过时间反演变换彼此相关的游泳者，这导致了惊人的结果，即两个游泳者之间的角度通过散射保持不变。结果示出了特定情况下的链接球模型游泳者。对于更一般的游泳者对，彼此不相关的时间反演，我们发现流体动力散射可以改变几十度的轨迹之间的角度。对于两个相同的收缩性游泳者，这可以导致形成束缚状态。
2008-10-09 cond-mat.soft
Hydrodynamic Synchronisation of Model Microswimmers
我们定义了一个模型microswimmer具有可变的周期时间，从而允许游泳者之间的流体动力学相互作用驱动的锁相的可能性。我们发现，对于伸展或收缩的游泳者，锁相确实发生，与两个游泳者的相对相位，一般来说，接近0或π，这取决于他们的相对位置和方向。我们表明，正如预期的对称性的理由，自我T-双游泳者，这是时间反演协变，不锁相。我们还讨论了相行为的系留游泳者，或泵。这些显示了它们的相对相位的振荡，让人想起纤毛的异时波。
2009-07-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
From hydrodynamic lubrication to many-body interactions in dense suspensions of active swimmers
我们研究了流体动力学相互作用如何影响高浓度悬浮在流体中的活性颗粒的集体行为，特别注意当颗粒彼此非常接近时出现的润滑力。我们精确计算两个球形（圆形）的积极游泳者之间的水动力相互作用的限制行为，在一般设置中，在三个和（两个）维非常接近。结合远场相互作用，我们开发了一种新的数值方案，使我们能够研究大量的活性粒子的集体行为与精确的流体动力学相互作用时，彼此接近。我们研究积极游泳运动员的内在流场的特点是力偶极子和四极。使用这个方案，我们能够表明，润滑力时，颗粒非常接近对方可以发挥重要的作用，作为远程流体动力学相互作用，在确定他们的多体行为。我们发现，当游泳者力偶极子是大的，有限的集群和开放的凝胶状集群出现，而不是完全的相分离。这种抑制是由于近场润滑相互作用。对于小力偶极子的游泳者，我们惊讶地发现，出现了一个全球性的极性有序相，因为近场润滑，而不是远程流体力学主导的对齐机制。极序是目前非常大的系统尺寸和稳定的波动与有限的噪声幅度。我们用一个极小模型解释了极序的出现，在这个模型中只考虑了近场相互作用的主导转动效应。这些现象也在两个维度上重现。
2018-05-26 cond-mat.soft
Orbits of swimmers around obstacles
本文提出了一个低雷诺数下圆形游泳者与圆柱之间的二维水动力相互作用模型，采用点奇异性描述游泳活动。我们推导出一个非线性动力学系统，充分描述的运动，并讨论了一般的特点的相图和各种蠕动模式的典型轨迹。收缩游泳者表现出稳定的束缚轨道所产生的单极和偶极蠕动模式，这是强大的相对于游泳者的大小和包含更高的蠕动模式的对比性质。可伸展的游泳者的行为是通过时间反演和它们的轨道是不稳定的，在定性与实验观察。
2016-12-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lorentz Reciprocal Theorem in Fluids with Odd Viscosity
本文将洛伦兹互易定理推广到具有奇数粘性的手性活性流体，通过选择奇数粘性符号相反的辅助问题实现，并证明该定理可区分两类微型游泳体，其中扭矩偶极子可产生定向运动。
2023-09-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic interactions dominate the structure of active swimmers' pair distribution functions
由于其动力学的非平衡性质，微泳者经常表现出令人惊讶的模式。总的来说，微型游泳者的悬浮液看起来像一种液体，其性质使其与被动的对应物区分开来。为了了解流体动力相互作用的影响的基本统计特征的microswimmer的液体，我们调查其结构的对分布函数的装置。我们进行基于粒子的模拟，包括空间效应，形状各向异性和流体动力学相互作用的microswimmer。我们发现，流体动力学相互作用大大改变了方向相关的对分布函数相比，纯粹的排斥体积模型，如活性布朗粒子，并普遍降低了液体的结构。耗尽区占主导地位，在较低的填充分数，而在较大的填充分数的microswimmer液体开发一个更强的第一壳的邻居在特定的方向，而失去结构在更大的距离。我们的工作是第一步的统计力学处理的结构的microswimmer悬浮液。
2018-12-17 cond-mat.soft
Slip length dependent propulsion speed of catalytic colloidal swimmers near walls
由于自生流体流动而推进的催化胶体游泳者表现出对表面的强烈亲和力。我们在这里报告的实验测量显着不同的速度，这样的microswimmer在附近的基板由不同的材料。我们发现，速度与基板上的溶液接触角$θ$，这反过来又涉及到相关的流体动力学基板滑移长度，作为$V\propto(\cosθ+1)^{-3/2}$的规模。我们发现，这种依赖性可以归因于游泳者和基板之间的渗透耦合。我们的工作指出，在墙上的流体动力学滑动，虽然往往不考虑，可以显着影响催化游泳者的自推进。
2019-09-09 cond-mat.soft
Dynamics of a chiral swimmer sedimenting on a flat plate
三维模拟完全解决流体动力学进行研究重力下的一个单一的蠕动的动力学，以澄清其在平板附近的运动。不同的重力强度会产生不同的动力学。在中等重力状态下，中性的蠕动者和牵引者最终会停止移动，并重新定向到垂直于板块的方向;相反，推动者会在倾斜的方向上表现出连续的运动。在强重力状态下，所有类型的蠕动体都会沉积并重新定向，垂直于板块。在这项研究中，手征性被引入到模拟现实的微型游泳运动员，和它的关键影响游泳运动员的动力学。
2020-01-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic alignment of microswimmers in pipes
我们调查的动力学模型microswomers限制下，在圆柱形的几何形状，通过三维直接数值计算与完全解决流体力学。这样的游泳者是已知的，以显示集体对齐批量，我们证实，即使在管道中也可以观察到类似的对齐，虽然体积分数的依赖性显示出质的差异。通过比较结构信息，我们调查了这种差异的原因。我们发现了一个有序/无序相变的特定类型的游泳者，因为管道的大小变得可比的游泳者的大小。发现这种动力学不依赖于约束的几何形状。
2017-09-24 cond-mat.soft
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。
2010-04-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamics of an odd active surfer in a chiral fluid
本研究探讨线性活性微型游泳者在具有奇数粘度的可压缩薄流体层上的低雷诺数流体动力学，发现单个游泳者沿圆形路径运动且半径与奇数粘度成反比，而游泳者对则展现出依赖推进机制和初始取向的丰富两体动力学。
2023-07-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flagellar swimmers oscillate between pusher- and puller-type swimming
细胞微泳者的自推进产生流动特征，通常被分类为推式和拉式，其特征在于与其他细胞或边界的流体动力学相互作用。使用实验测量的节拍模式，我们计算出鞭毛的精子和精子之间的推动器和拉动器振荡。在距离游泳者100 μ m的典型距离之外，惯性衰减振荡微流。我们发现，游泳者之间的水动力相互作用振荡的时间和随机游泳波动的幅度相似。
2015-04-22 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Beyond Dry Flocking: Shape-Dependent Hydrodynamic Alignment
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校）
该研究发现形状依赖的流体动力学相互作用会影响自推进泳动体的对齐，通过实验和反应-扩散模型揭示了其有序-无序转变规律，或对生物集群有重要意义。
2026-10-09 cond-mat.soft
Hydrodynamics of a Micro-Hunter: Chemotactic Scenario
受细菌趋化性的启发，我们提出了一种可以游泳并找到目标的流体动力学分子级猎人。该系统本质上是一个随机的低雷诺数的游泳者，能够在二维空间中移动，并感测由目标发射的化学浓度的局部值。我们表明，通过调整的游泳者的几何和动力学变量，我们总是可以实现一个游泳者，可以导航和搜索的区域具有较高浓度的化学品从一个源发出。本文所讨论的系统也可以作为描述细菌趋化性的理论框架。
2010-09-29 cond-mat.soft q-bio.CB
Stirring by Periodic Arrays of Microswimmers
游动微生物或人工自推进胶体与流体中的被动（示踪剂）颗粒之间的相互作用导致示踪剂的扩散增强。这种增强引起了人们的强烈兴趣，因为它可能导致新的策略来解决微流体规模上的混合难题。大部分的理论工作都集中在示踪剂和游泳者之间的流体动力学相互作用的散装流体。然而，在模拟中，周期性的边界条件（PBCs）往往施加在样品和流体。在这里，我们从理论上分析了PBCs对示踪粒子和微泳者之间的流体动力学相互作用的影响。我们制定了埃瓦尔德和领先的顺序产生的应力波奇异性的游泳者探测PBCs示踪剂轨迹的效果。我们发现，引入周期性的系统有一个令人惊讶的显着效果，即使是相对较小的游泳者示踪分离。我们还发现，体积限制只达到非常大的系统尺寸，这是具有挑战性的模拟与大多数流体动力学求解器。
2017-07-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Motion-reversal in a simple microscopic swimmer
我们研究了一个微观游泳者的运动，由一个半柔性聚合物锚定在一个磁球的表面，使用流体动力学模拟和缩放参数。游泳者由旋转磁场驱动，并根据旋转频率的值显示向前和向后运动。特别地，对于低于临界频率$ω^*$的频率，系统呈现向前的推力，而高于$ω^*$，运动反向。
2007-05-18 cond-mat.soft
Near-wall hydrodynamic slip triggers swimming state transition of microorganisms
能动微生物与附近固体基质的相互作用是一种研究得很好的现象。然而，流体动力滑移对基底的影响却很少受到关注。在本研究中，在蠕动模型的框架内，我们施加一个切向速度在游泳者表面作为纤毛推进的代表，随后获得的斯托克斯方程的精确解的基础上相结合的分析-数值方法。我们说明了近壁游泳速度是如何通过壁滑移和水动力的相互作用来改变的。我们报告了一个特征过渡的游泳轨迹的牵引器和推杆型microswimmer的流体动力学滑移，如果壁滑移长度跨越一个临界值。在牵拉式微型游泳者的情况下，其游泳装置在其细胞体之前的蛙泳样动作推动，壁滑移可以导致壁束缚捕获游泳状态，作为周期性或阻尼周期性振荡，否则将从无滑移壁逃逸。相关联的临界滑移长度有一个非单调依赖于初始取向的游泳者，这是由新的相图。推动者，这得到他们的推进推力从后鞭毛的行动，也表现出类似的游泳状态的转变，但在这种情况下，壁滑介导的重定向动力学和游泳模式的竞争，以不同的方式的拖拉机。目前的研究结果铺平了道路，了解生物microswimmer附近的运动特性的限制与疏水壁或策略的设计用于分选和运动整流的人工游泳者通过定制其表面润湿性的微流控装置。
2019-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Swimmer-Types of Optimum Surface-Driven Active Particles
本研究利用最小耗散定理数值探究最优表面驱动活性微游动者的类型，发现前后对称的微游动者呈中性型行为，非对称结构的类型则取决于主导变形模式及应力元的非线性依赖关系。
2024-10-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-generated gradients stabilize the hydrodynamic instabilities in active suspensions
在极地游泳者的主动悬浮液中出现的有序相处于长波流体动力学介导的不稳定性下。在这封信中，我们表明，溶解在水悬浮液中的化学分子，作为大多数湿活性系统的不可避免的一部分，可以介导长程相互作用，随后稳定有序相。活悬浮液中的化学引诱剂和在合成Janus悬浮液中产生泳动力的溶解分子使人联想到这样的分子。游泳者之间通过个体游泳者产生的这种化学物质的梯度进行的交流是这种稳定机制的基础。为了对这种主动系统的稳定状态进行分类，我们研究了两类具有动量守恒和非守恒动力学的系统的详细相图。我们的线性稳定性分析显示了稳定机制如何适用于具有不同动力学特性的游泳运动员，例如，推动器或拉动器，并且具有各种静态特性，例如，球形、扁球形或长球形几何形状。
2018-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Squirmer hydrodynamics near a periodic surface topography
微观游泳者的行为以前已被探索附近的大规模限制的几何形状，并在存在非常小规模的表面粗糙度。在这里，我们考虑一个中间的情况下，如何一个简单的microswimmer，切向球形蠕动，行为相邻的单周期和双周期的正弦表面形貌，空间振荡的幅度是一个数量级小于游泳者的大小和波长的一个数量级内的这个规模。最近邻正则化Stokeslet方法用于数值探索后，验证其准确性的球形切向蠕动，游泳稳定附近的一个平面。然后将相同的蠕动器引入不同的表面形貌。在所产生的游泳行为的关键控制因素是相对于表面形貌波长的蠕动的大小。当蠕动比表面形貌波长大得多或小得多时，则观察不到方向引导。一旦蠕动的大小是在地形的尺度上，波长有限的引导是可能的，通常在地形槽中具有局部捕获。然而，复杂的动力学也可能出现，特别是当初始配置不接近沿地形槽或地形峰上方对齐时。与对准和形貌波长的灵敏度相反，表面形貌的振幅的减小或周期性表面形貌的形状的变化对蠕动行为没有广泛的影响。我们的研究结果更普遍地强调，详细的数值探索是必要的，以确定如何表面地形可能与一个给定的游泳者，游泳稳定附近的平坦表面，以及表面地形是否可以设计为这样的游泳者提供方向指导。
2021-09-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A three-sphere swimmer for flagellar synchronization
在最近的一封信中（Friedrich等人，物理修订版信函109：138102，2012），提出了一种最小模型游泳者，其通过一对球体的旋转运动在低雷诺数下推进自身。两个球体的运动可以通过取决于游泳者的运动的流体动力学耦合而同步，但与直接的流体动力学相互作用无关。这种新的同步机制可以解释一对鞭毛的同步，例如在绿藻衣原体中。在这里，我们将详细讨论如何游泳和同步依赖于模型游泳者的几何形状，并计算最佳同步的游泳者设计。我们的分析强调了对称性破缺对游泳和同步的作用。
2013-02-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Theoretical framework for pairwise microswimmer interactions
流体动力学相互作用是决定在低雷诺数的微型游泳者的合作行为的关键。在这里，我们提供了一个全面的分析的缩放和强度的相互作用的情况下，一对具有内在弹性的三个球体的游泳者。基于中风和基于力的microswimmer分析使用的分析微扰方法。被动的相互作用，以及主动的平移和旋转的详细分析后，我们发现，基于冲程和基于力的游泳者之间的映射只可能在低驱动频率制度的特征时间尺度小于粘性的。此外，我们发现，游泳运动员分开高达数百个游泳者的长度，游泳对加快自我推进，由于占主导地位的四极流体动力学相互作用。最后，我们发现，长期的行为的游泳者，而敏感的初始相对定位，并不依赖于推或拉性质的游泳者。
2021-02-10 cond-mat.soft
Hydrodynamic Synchronisation of Chiral Microswimmers
本文利用大规模数值方法研究了具有手征轨迹的球形微泳者在悬浮液中的同步行为。模型是通用的。它对应于低雷诺数下自推进的一般模型的最低阶解，该模型由非轴对称旋转源偶极子组成。我们表明，纯粹的圆形和螺旋游泳者可以自发地同步旋转。同步状态对应于在极坐标和方位角方向上具有高取向顺序的速度对准。最后，我们考虑一个外消旋混合物的螺旋游泳，观察种内同步，而系统仍然是一个空间均匀的流体。我们的研究结果表明，流体动力学同步作为一个自然的集体现象的手征轨迹的微泳。
2023-01-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-reciprocal response of a two-dimensional fluid with odd viscosity
讨论了具有奇粘性的二维手征可压缩流体的线性流体动力学响应。粘性系数表示2D流体中的破时间反转和奇偶对称性，并且表征系统与被动流体的偏差。考虑到流体动力学耦合到底层的体相流体，我们得到了奇粘度依赖的迁移率张量，这是负责的非互易流体动力学响应的点力。此外，我们考虑了一个有限大小的磁盘横向移动的二维流体和磁盘的经验，除了耗散阻力的非耗散升力。
2021-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The dynamics of a self-phoretic Janus swimmer near a wall
研究了附近平面壁对泳动Janus微游泳器推进的影响，该微游泳器由其表面上的不对称反应驱动，该反应吸收反应物并产生产物。我们表明，这些游泳者的行为附近的墙壁可以归类为${\bf based \ on \ whether}$的游泳者是${\bf mainly}$吸收或产生反应溶质${\bf and \ whether}$，他们的游泳方向是这样的，惰性或活跃的脸是在前面。我们发现，壁诱导的溶质梯度总是促进游泳者沿壁推进，而流体动力学的影响导致的游泳方向远离壁的重新取向。
2015-05-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions in anomalous rheology of active suspensions
本研究通过模型推进型游泳者的流体动力学模拟，揭示剪切流中流体动力学相互作用诱导游泳者取向并导致显著降黏，阐明活性悬浮液异常流变学的核心机制。
2023-12-17 cond-mat.soft
Swimmer-tracer scattering at low Reynolds number
了解示踪剂颗粒在活性流体中的随机动力学对于识别流动生成对象（诸如胶体、细菌或藻类）的物理性质是重要的。在这里，我们研究分析和数值散射的示踪粒子在不同类型的时间依赖性，流体动力学流场。具体来说，我们比较了示踪剂运动引起的外部驱动的胶体与各种自我运动，多球游泳者产生的。我们的研究结果表明，无力游泳者一般诱导环形示踪剂轨迹。这些回路的特定拓扑结构由微游泳器的流体动力学性质决定。对典型实验条件的定量估计意味着，即使考虑到布朗运动效应，平均而言，循环仍然存在。
2010-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Scattering of biflagellate microswimmers from surfaces
我们使用一个三珠弹簧模型来研究表面附近双鞭毛虫微型游泳者的动力学。虽然主要的动力学和散射是由几何形状依赖的直接接触，由游泳运动产生的流体流动是重要的定向它朝向或远离表面。鞭毛噪音，特别是细胞围绕主轴旋转，帮助表面捕获的游泳者逃脱，而游泳者在表面花费的时间取决于入射角。动力学的结果从一个微妙的相互作用的直接碰撞，流体动力学，噪音和游泳者的几何形状。我们表明，正确地捕捉动态的双鞭毛游泳者，极小模型需要解决的形状不对称。
2017-08-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Passive hydrodynamic synchronization of two-dimensional swimming cells
众所周知，精子鞭毛在近距离游动时是同步的。我们使用一个模型，由二维片传播横波的位移证明，流体的力量导致这种同步被动。利用两种不同的渐近描述（小振幅和长波长），我们解析地导出了牛顿流体中任意形状波形的同步动力学，并证明了相位锁定总是发生在充分不对称的形状上。我们表征的波形的几何形状和游泳者之间的分离的同步动力学，最终的稳定构象，和能量耗散的细胞的效果。对于两个紧密游动的细胞，同步化总是发生在同相或反相构象，仅取决于细胞的几何形状。相反，游泳者所做的功总是在同相构象下最小化。随着游泳者进一步分开，在相对相位的中间值处出现额外的固定点。此外，使用边界积分法计算大振幅波表明，两个渐近极限捕捉所有相关的物理问题。我们的研究结果提供了一个理论框架，以解决其他相关的自推进生物种群的水动力相互作用现象。
2010-09-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
