Self propelled particle transport in regular arrays of rigid asymmetric obstacles
我们报告的数值结果表明，实现净运输的自推进粒子（SPP）的存在下，一个二维的规则阵列的凸，对称或不对称，刚性障碍。排斥粒子间（软盘）和粒子障碍物的相互作用没有对齐规则。我们发现，SPP提出了一个涡型运动周围凸对称障碍物，即使在没有水动力效应。这样的运动不是针对单个SPP观察到的，而是SPP围绕障碍物的集体运动的结果。在不存在外场的情况下，在非对称凸形障碍物阵列中自发地建立了稳定的粒子流。我们的结果主要是自推进粒子附着在固体表面的倾向的结果。
2014-07-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-propelled Janus particles in a ratchet: Numerical simulations
布朗运输的自推进过阻尼microswimmer（如Janus粒子）在一个二维的周期性分隔通道的数值研究不同的隔室几何形状，边界碰撞动力学，和粒子旋转扩散。由此产生的时间相关的主动布朗运动是受整流的空间不对称的存在。我们证明了Janus粒子的棘轮效应可以比普通的热势棘轮效应强几个数量级，因此可以通过实验获得。特别是，仅通过添加一小部分Janus粒子就可以诱导大量被动粒子混合物的自主泵浦。
2013-06-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Run-and-Tumble Dynamics of Self-Propelled Particles in Confinement
奔跑翻滚动力学是一种广泛存在的游动细菌机制。在二维和三维空间低密度极限条件下，从理论上和数值上研究了不透水表面附近翻滚运动的微型游泳者的积累。单峰和指数分布的运行长度被认为是。与{指数分布的游程长度}相反，恒定的游程长度导致表面附近颗粒的密度分布中的{峰值和耗尽区域}。最后，我们提出了一个普遍的积累规律，为大通道宽度，这不仅适用于运行和翻滚的游泳者，但也适用于许多其他类型的自推进粒子。
2015-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-propelled particles with selective attraction-repulsion interaction - From microscopic dynamics to coarse-grained theories
在这项工作中，我们推导和分析粗粒度的描述与选择性的吸引-排斥相互作用的自推进粒子，其中个人可能会根据他们的相对运动状态（方法与运动远离）不同的反应，他们的邻居。基于一个非线性Fokker-Planck方程的制定，我们推导出一个动力学描述的系统动力学方程的傅立叶模式的单粒子密度函数。这种方法允许有效的数值研究系统的可能的解决方案的稳定性。进入方程的相互作用积分的详细分析表明，在小波长处的发散可以出现在任意的展开阶。在此基础上，我们还通过在单粒子密度函数的第二傅立叶模式的水平上进行封闭，导出了流体动力学理论。我们表明，一般形式的方程是一致的理论制定的Toner和涂。最后，我们比较我们的分析预测的稳定性的无序均匀的解决方案与基于个人的模拟结果。他们表现出良好的协议足够大的密度和不可忽略的短程排斥。数值结果和流体力学理论弱短程排斥的分歧揭示了存在一个以前未知的阶段的模型组成的致密，向列对齐的长丝，这不能占目前的调色剂和涂型理论的极性活性物质。
2013-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesoscale pattern formation of self-propelled rods with velocity reversal
我们研究了自推进粒子与速度反转相互作用的单轴（单轴）排列内的粗粒度流体动力学理论。结合分析和数值延拓技术，我们表明，这个活跃的系统的物理本质上是由反转频率控制。特别是，我们发现，细长的，高密度的，有序的模式，所谓的带，出现通过亚临界分叉从空间均匀的状态。我们的分析进一步揭示了带的相互作用是弱吸引力的，因此，带融合碰撞在类比非平衡成核过程。此外，我们证明了一个重整化的积极的线张力可以分配给稳定的带低于临界反转率，超过这个临界反转率，他们是横向不稳定的。此外，我们还讨论了带的动力学粗化以及在横向不稳定性阈值附近的非线性动力学。总之，减少多粒子系统的动态带提供了一个框架，以了解的影响，出现在自推进粒子系统的非平衡模式的反转频率。在这方面，我们的研究结果构成了有利于微生物学假设的原理证明，即滑杆形细菌的逆转调节在生命周期阶段观察到的各种自组织模式的发生。
2016-09-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamical clustering and phase separation in suspensions of self-propelled colloidal particles
我们研究了（准）二维胶体悬浮的自推进球形颗粒的实验和数值。这些颗粒是碳涂层的Janus颗粒，由于近临界水-卢剔啶混合物中的扩散泳动而被推进。在低密度，我们发现，驱动稳定小集群。在较高密度下，悬浮液经历相分离成大的团簇和稀气相。相同的定性行为中观察到的一个极小模型的排斥性自推进粒子缺乏任何对齐相互作用的模拟。观察到的行为是合理的动力学不稳定性，由于自陷的自推进粒子。
2013-05-17 cond-mat.soft
Escape Kinetics of Self-Propelled Janus Particles from a Cavity: Numerical Simulations
我们数值研究了椭圆Janus粒子从具有反射壁的二维狭窄腔中的逃逸动力学。Janus粒子的自推进速度沿着它们的长轴（长轴）或短轴（扁轴）。我们发现，平均出口时间是非常敏感的腔的几何形状，粒子的形状和自推进强度。当自推进长度等于空泡尺寸时，平均出口时间最小。我们还发现最佳的平均逃逸时间作为自推进速度，平移扩散和颗粒形状的函数。因此，可以实现通道中Janus粒子的有效传输控制机制。
2014-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Depinning and activated motion of chiral self-propelled robots
本研究通过实验、模拟与解析方法，揭示了恒速拉动手性自驱动机器人时的旋转脱钉转变与蠕变现象，建立无拟合参数的自对齐粒子模型，为手性活性物质研究提供了理想的模型系统。
2025-06-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Formation and collision of traveling bands in interacting deformable self-propelled particles
我们研究了相互作用的可变形自推进粒子的集体动力学，当粒子的局部密度增加时，粒子的迁移速度增加。二维数值模拟表明，迁移速度的这种局部密度依赖性很容易形成与之前在Vicsek型模型中发现的相似的旅行带。我们证明了一对向相反方向运动的条纹带不会被迎面碰撞破坏，而是在碰撞后再次存活下来。
2013-07-25 cond-mat.soft
Learning general pair interactions between self-propelled particles
本文利用随机力推断从实验轨迹学习自推进Janus粒子的一般对相互作用，发现径向排斥且各向同性、角向依赖丰富、横向可忽略，且相互作用含流体动力学成分，模拟可重现实验并外推。
2025-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuations and Pattern Formation in Self-Propelled Particles
我们考虑一个粗粒度的描述系统的自推进粒子的流体动力学方程的密度和偏振场。我们发现，有序的移动或群集状态的系统是不稳定的空间波动超过一个阈值设置的自推进速度的各个单元。在该区域中，系统将其自身组织成散布有低密度无序区域的良好定义的植绒颗粒的传播条纹的不均匀状态。此外，我们发现，即使在该制度的均匀植绒状态是稳定的，系统表现出大的波动，在密度和取向顺序。我们研究的流体动力学方程解析和数值表征这两个政权。
2010-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Kramers escape of a self-propelled particle
研究了表面上过阻尼自推进球形布朗粒子从亚稳势阱中的逃逸率。在一个模型中的一维恒定速度的粒子的主动动力学，我们认为使用数值和分析方法的相关速率。关于势阱中定态的性质，存在两个主要的时间尺度，每个时间尺度分别控制粒子的平移和旋转动力学。粒子半径被确定为负责调节这些时间尺度之间的比率的基本量。对于非常小和非常大的粒子半径，可以导出粒子逃逸率的近似解析表达式，在其各自的有效范围内，与基本的全二维福克-普朗克描述的精确逃逸数值相比毫不逊色。
2016-06-14 cond-mat.soft
One- and Two-dimensional Solitary Wave States in the Nonlinear Kramers Equation with Movement Direction as a Variable
我们研究了自推进粒子的非线性Kramers方程的直接数值模拟。在我们的前一篇论文中，我们研究了自推进粒子的速度变量在一维。在本文中，我们考虑另一个模型，其中每个粒子表现出定向运动。移动方向用变量$ϕ$表示。我们发现，一维孤立波状态出现在直接数值模拟的非线性Kramers方程在一维和二维系统，这是我们以前的结果的推广。此外，我们发现二维局域态的情况下，每个自推进粒子表现出旋转运动。二维定域态的质心呈现圆周运动，这意味着集体旋转运动。最后，我们考虑一个简单的一维模型方程来定性地理解孤波态的形成。
2018-04-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Defect-Mediated Aggregation and Motility-Induced Phase Separation in Self-Propelled Lattice-Gas Active XY Model
The University of Osaka（大阪大学）
本文提出一种活性XY模型，研究拓扑缺陷在活性物质系统中的作用，通过自推进参数控制粒子运动方向偏置，发现自推进诱导运动诱导相分离，粒子在正涡旋电荷缺陷周围聚集，负电荷缺陷则趋于耗散。
2026-04-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flowing crystal of self-propelled particles
我们实验和数值模拟研究的结构和动力学的单分散包装自发对齐自走硬盘。填充是这样的，它们的平衡对应物形成完美有序的六方结构。在实验上，我们首先在一个六边形的舞台上形成一个完美的晶体，它尊重相同的晶体对称性。通过去除一些颗粒而获得的六方有序的挫折导致形成快速扩散的“液滴”。除去更多的颗粒，整个系统自发地形成宏观剪切流，同时保持整体晶体结构。这种流动的晶体结构，我们称之为“流变晶体”，是通过沿着局部堆垛层错的剪切凝聚而成的。数值模拟很好地再现了实验观察，并允许我们探索参数空间。他们表明，流变晶体既不是由挫折，也不是由噪声引起的。他们进一步表明，较大的系统流动更快，同时仍然保持有序。
2018-05-22 cond-mat.soft
Microphase separation in two dimensional suspensions of self-propelled spheres and dumbbells
我们利用数值模拟研究了自推进球形和哑铃形粒子通过微相分离诱导势相互作用的相行为。我们的研究结果表明，在适当的条件下，有可能驱动形成两个新的活性状态;自旋簇晶体，即具有有限大小的自旋微晶作为晶格位置的有序介观相，和活簇流体，即每个“颗粒”是有限大小的活簇的二维流体。我们讨论了这些阶段的动力学，并提出了在广泛的积极力量下扩展其稳定性的方法。
2015-10-12 cond-mat.soft
Freezing and phase separation of self-propelled disks
我们数值研究了非对齐的自推进粒子通过空间排斥相互作用的模型，最近被证明在没有任何吸引力的相互作用或破坏的取向对称性的情况下，在两个维度上表现出积极的相分离。我们构建了一个相图中的活动和包装分数，并确定三个不同的制度：一个均匀的液体与异常的簇大小分布，相分离的状态在高和低密度，和冻结相。我们提供了一个物理解释的各种制度，并开发缩放的参数，将它们分开的边界。
2013-09-15 cond-mat.soft
Motility-sorting of self-propelled particles in micro-channels
采用数值模拟方法研究了微通道内不同运动速度的颗粒的自发分离现象。已知自推进颗粒在壁附近积聚。在这里，我们展示了如何快速粒子驱逐较慢的墙导致隔离状态。该机制被理解为颗粒速度、颗粒密度或通道宽度的函数。在存在外部流体流的情况下，具有两种不同速度的颗粒由于其不同的颗粒通量而分离。在微流控芯片实验室设备的开发中可以找到有前途的应用，用于分选具有不同运动性的颗粒。
2014-09-04 cond-mat.soft
Spinning motion of a deformable self-propelled particle in two dimensions
研究了二维空间中单个可变形自推进粒子的动力学行为。运动方程是从三种变量的对称性论证导出的。一个是矢量，它代表质心的速度。第二个是一个无痕对称张量表示变形。第三种是自旋自由度的反对称张量。通过数值模拟，我们得到了各种动力学状态之间的相互作用的自旋运动和变形。通过简化的运动方程分析了这些动力学状态的分岔。
2012-10-16 cond-mat.soft
Effect of the orientational relaxation on the collective motion of patterns formed by self-propelled particles
研究了自推进粒子的集体行为，这些粒子经历了自推进速度的斑图形成和旋转弛豫的竞争过程.在完全按照以前的工作，我们观察到的SPP的不同的稳定状态之间的过渡所造成的复杂的相互作用之间的影响，斑图形成，取向顺序，以及SPP密度和取向场之间的耦合。基于严格的解析和数值计算，我们证明了SPP速度场的取向弛豫速率是决定SPP系统稳态的主要因素。此外，我们确定的参数平面，描绘定性不同的休息和运动状态的域之间的边界。此外，我们还解析计算了表面等离子体的集体速度$\vec{v}$，并表明它与我们的数值结果完全一致。我们定量地证明了$\vec{v}$在接近运动模式和均匀稳态之间的过渡边界时不会消失。
2016-11-07 cond-mat.soft
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
Self-regulation in Self-Propelled Nematic Fluids
我们考虑的流体动力学理论的主动流体的自推进粒子的平行排列的相互作用。这类材料在微观水平上具有极对称性，但形成宏观对称性。我们强调动态的三个关键特征。首先，在极性活性流体中，有序-无序转变的控制参数，即密度，由活性电流动态对流，导致通用的，模型独立的动态自我调节，使平均场转变附近的均匀非线性状态不稳定。第二，曲率驱动电流使系统在超稳定状态下不稳定，如前所述。最后，独特的自我推进的向列相，螺旋序诱导当地的极性顺序，反过来又导致增长的密度波动。我们提出这是一个可能的机制，在数值模拟中看到的极性集群的近晶顺序。
2012-04-15 cond-mat.soft
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
Experimental and numerical study of a second-order transition in the behavior of confined self-propelled particles
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学，理学院）；Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA)（布宜诺斯艾利斯理工学院）
研究通过实验和数值方法探讨受限自驱动粒子行为的二级相变，揭示了从活性布朗运动到手性运动的转变过程及粒子密度变化规律。
2023-11-24 cond-mat.other cond-mat.soft
Topological defect-propelled swimming of nematic colloids
拓扑缺陷的非平衡动力学可以作为微观活性物质的基本推进机制。在这里，我们展示了游泳的拓扑缺陷推动的胶体粒子（被动）通过实验和数值模拟流体。在外部磁场中，胶体旋转驱动拓扑缺陷的动态游动，导致周期性缺陷重排，从而推动粒子。游动速度由胶体的角速度、旋转方向和缺陷极性决定。通过控制它们，我们可以使粒子沿着不同的轨迹运动。我们展示了散射-也就是说，有效的对相互作用-我们的两个缺陷推动的游泳者，我们表明是高度各向异性的，并取决于缺陷中风的微观结构，包括局部缺陷拓扑结构和极性。更一般地说，这项工作的目的是开发仿生活性物质的基础上的拓扑结构的相关性。
2021-09-29 cond-mat.soft
Self-propelled hard disks: implicit alignment and transition to collective motion
我们发现，低密度均匀相的自推进硬盘表现出从各向同性的极性集体运动的过渡，虽然从Vicsek一个定性不同的类。在没有噪声的情况下，在各向同性相和完全极性吸收状态之间发生突然的不连续过渡。随着噪声的增加，过渡在三临界点处变得连续。我们解释了我们所有的数值结果的玻尔兹曼理论的框架内，二进制散射特性的基础上。我们表明，本模型和Vicsek模型之间观察到的定性差异，在他们的相行为的水平，采取他们的起源在散射事件发生的完全相反的物理。我们认为，这种差异一般将举行自推进粒子与排斥短程相互作用的系统。
2015-02-26 cond-mat.soft
Active Jamming: Self-propelled soft particles at high density
我们数值研究的阶段和动态的密集收集的自推进粒子软排斥相互作用在两个维度。该模型的动机是最近在迁移的上皮细胞和内皮细胞的汇合单层的体外实验。在低填充率和高自推进速度下，液相呈现出巨大的数值波动;在高填充率和低自推进速度下，液相呈现出堵塞相。堵塞相位的动态特性由堵塞填料的低频模式控制。
2011-07-20 cond-mat.soft q-bio.CB
Boids in a Loop: Self-Propelled particles within a Flexible Boundary
我们数值研究了在二维阻尼弹性和柔性环形边界中自推进的极性粒子的排斥和排列行为。我们观察到无序、极性有序（或堵塞）和循环状态。后者产生了丰富多样的边界形状，包括：圆形，椭圆形，不规则形，皱褶，或波纹，这取决于边界的弯矩和边界与颗粒的质量比。除了具有非圆形边界的循环态外，这些态类似于吸引自推进粒子所表现出的态，但这里的限制边界代替了cohesion内聚力。我们属性的褶边形成介导的边界上的压力时，边界上的波的速度近似匹配的自推进粒子的游泳速度的不稳定性。
2020-03-28 cond-mat.soft nlin.AO
Rational design and dynamics of self-propelled colloidal bead chains: from rotators to flagella
设计新的自推进胶体的探索是由简单的实验模型来研究其更复杂的自然对应物的集体行为的需求推动的。大多数合成的自推进粒子通过将输入能量转化为平移运动来移动。在这项工作中，我们解决的问题，如果简单的自我推进领域可以组装成更复杂的结构，表现出旋转运动，可能再加上平移运动的鞭毛。我们利用诱导偶极相互作用和结合步骤的组合来创建永久线性珠链，由自推进Janus球体组成，具有良好控制的内部结构。接下来，我们研究链中个体游泳者之间的灵活性如何影响其游泳行为。永久刚性链只表现出积极的旋转或旋转运动，而较长的半柔性链表现出平移和旋转运动类似鞭毛样运动，在燃料的存在下。此外，我们能够再现我们的实验结果，使用数值计算与极小模型，其中包括与流体的充分的流体动力学相互作用。我们的方法是通用的，并开辟了一种新的方式来设计新的自推进胶体与复杂的游泳行为，使用不同的复杂的启动积木结合它们之间的灵活性。
2017-09-20 cond-mat.soft
Binding self-propelled topological defects in active turbulence
我们报告的出现稳定的自我推进的绑定缺陷在单层的活性向列相，形成虚拟的全整数拓扑缺陷的形式的漩涡和星。通过数值模拟和分析论证，我们确定了在有源半导体单分子膜中束缚缺陷形成的相空间。它示出的活性应力的性质和活性颗粒的流动对齐行为之间的复杂的协同作用可以稳定的自推进的正半整数缺陷到特定的绑定结构的运动。我们的研究结果揭示了活性向列体的新复杂性，有可能引发新的实验和理论。
2020-10-23 cond-mat.soft nlin.CD nlin.PS
Athermal Phase Separation of Self-Propelled Particles with no Alignment
我们研究数值和分析的自推进极盘在二维基板上的模型。粒子通过各向同性排斥力相互作用，并受到旋转噪声的影响，但没有对齐的相互作用。因此，系统不呈现有序状态。各向同性的流体相分离以及以下紧密堆积，并表现出大量的波动和集群中发现无处不在的活性系统。我们的工作表明，这种行为是系统的一种普遍属性，这些系统被局部地驱动出平衡，例如通过自我推进。
2012-04-01 cond-mat.soft q-bio.CB
Collective dynamics of self-propelled particles with variable speed
理解生物系统中集体运动的组织是一个持续的挑战。本文考虑变速自推进质点的一个极小模型。从学校的鱼的实验数据的启发，我们引入了幂律依赖的每个粒子的速度在其附近的偏振阶的程度。我们推导出一个粗粒度的连续近似分析这个模型，并发现，虽然变速规则不改变的顺序过渡导致集体运动的细节，它引起的速度或局部极化顺序和局部密度之间的逆幂律相关性。使用数值模拟，我们验证了这种连续描述的有效性范围和探索制度超越it.We发现，在无序状态接近过渡，一个相分离的制度，大多数粒子集群成几乎静态的群体包围孤立的高速粒子。我们认为，负责这一制度的机制可能存在于广泛的集体运动动力学。
2012-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Directed Autonomous Motion and Chiral Separation of Self-Propelled Janus Particles in Convection Roll Arrays
自推进的两面神粒子由于它们自己的引擎而表现出自主运动。然而，由于这种运动的方向随机变化，它们对于新兴的纳米技术和生物医学应用几乎没有用处。在这里，我们数值计算表明，手性活性Janus的运动可以直接使他们的对流辊的线性阵列。自航运动的整流功率可达60%以上，远大于以往的报道。我们表明，手性Janus粒子的运动整流导致显着的分离的消旋和左旋活性粒子从外消旋二元混合物。此外，我们证明了如何有效地整流效果可以被利用来分离双螺旋和左旋粒子时，他们的固有扭矩分布与高斯统计。
2023-03-26 cond-mat.soft
Anomalous Thermomechanical Properties of a Self-propelled Colloidal Fluid
我们使用数值模拟来计算悬浮液的球形，自推进纳米粒子的状态方程。我们详细研究了排斥体积相互作用和禁闭作为系统温度，浓度和推进强度的函数的效果。我们发现了一个显着的非单调依赖的压力与温度，并提供简单的标度参数来预测和解释这种异常行为的发生。最后，我们明确表明我们的研究结果如何对自推进粒子流体对被动的较大组件施加的有效力产生重要影响。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Bistability in orbital trajectories of a chiral self-propelled particle interacting with an external field
本文对轴对称光场作用下自推进随机粒子的动力学行为进行了实验研究。所考虑的颗粒具有在偏心位置携带光传感器的主要特征。对于选定的实验条件，出现的轨道，更有趣的是，他们提出了两个优先的径向距离。介绍了一种包含关键实验组分的数学模型。通过数值模拟和理论分析，发现传感器的位置除了会产生轨道运动外，还会产生俘获和扩散运动。此外，研究表明，随机扰动和偏心位置的传感器是负责诱导双稳态的轨道轨迹，与实验观察。
2022-03-05 cond-mat.other cond-mat.soft
Collective behaviors of self-propelled particles with tunable alignment angles
Tohoku University（东北大学）
本文提出了一种具有可调对齐角度的自驱动粒子模型，通过数值模拟发现其在特定参数范围内表现出反平行带等独特集体行为，揭示了多体相互作用对向列序的破坏作用。
2025-12-24 cond-mat.soft nlin.AO
Overload wave-memory induces amnesia of a self-propelled particle
信息存储是自主、非平衡动力学的关键要素，特别是对于生物和合成活性物质。然而，在合成的活性物质中，自我推进系统中的内部记忆的实现往往是缺席的，限制了我们对记忆驱动动力学的理解。最近，由液滴产生其引导波场组成的系统出现作为这样的调查的主要候选人。事实上，推动液滴的波场编码了关于液滴轨迹的信息，并且信息量可以由单个标量实验参数控制。在这项工作中，我们数值和实验表明，在波场中的信息的积累引起的时间相关性的损失，其中的动态，然后可以描述一个无记忆的过程。我们合理化所产生的统计行为，通过定义一个有效的温度为粒子动力学的波场作为一个恒温器的大尺寸，并通过证明所产生的波场的最小化原则。
2022-04-22 cond-mat.soft
Collection of polar self-propelled particles with a modified alignment interaction
我们研究了一组极性自推进粒子通过依赖于距离的排列相互作用相互作用的无序到有序的转变。相互作用强度$a^{d}$（$0<a<1$）随粒子对间的度规距离$d$衰减，且相互作用是短程的。在$a = 1.0$中，我们的模型简化为著名的Vicsek模型。对于所有的${\it a}>0$，该系统显示出从无序到有序状态的转变作为噪声强度的函数。我们计算了不同$a$的临界噪声强度$η_c(a)$，并与平均场结果进行了比较。随着$a$的减小，无序到有序转变的性质从不连续连续到连续地变化。我们用数值方法估计了三临界点$a_{TCP}$，在该临界点处，相变的性质从不连续变为连续。密度相分离对于接近1的${\it a}$是大的，并且其随着$a$的减小而衰减。我们也写出了一般${\it a}$的粗粒流体动力学方程，发现当${\it a}$接近$1$时，均匀有序态对小扰动是不稳定的.在均匀有序态的不稳定性是一致的大密度相分离的${\it a}$接近1。
2018-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamics of a self-propelled particle in a harmonic trap
本文从实验、数值和理论上研究了谐振势场中主动步行者的动力学行为。与通常的自推进粒子模型不一致，我们确定了两个动力学状态的粒子凝聚在有限的距离从陷阱中心。在第一种状态下，也发现在其他系统中，粒子指向径向向外的陷阱，而沿方位角方向扩散。在第二种状态下，粒子围绕陷阱的中心执行圆形轨道。我们表明，自对准，采取的形式的扭矩耦合粒子的方向和速度，是负责出现的第二个动力学状态。这两种状态之间的转变是由粒子取向的持久性控制的。在低惯性下，过渡是连续的。对于大惯性的过渡是不连续的，并与间歇动力学共存制度的发展。这两种状态在过阻尼极限或当粒子被弯曲的硬壁限制时仍然存在。
2018-10-31 cond-mat.soft
Phases and homogeneous ordered states in alignment-based self-propelled particle models
我们研究了一组模型的自推进粒子，实现集体运动，通过类似的排斥为基础的动力学，考虑版本和不排斥的相互作用，不影响航向。我们探索他们的相空间内的两个无量纲参数（耦合强度和Peclet数）的值的范围很广，其极化和聚类程度的特点。由此产生的相图显示等效的，类似的分布区域的所有模型与排斥。没有排斥的图表现出差异，特别是对于高耦合强度。我们比较了所有地区的边界和代表性国家，确定了以前没有被描述过的各种制度。我们详细分析了三种类型的均匀极化状态，通过计算它们的速度和密度相关性，巨数波动，和本地的顺序密度耦合，将它们与现有的理论和数值结果进行比较。我们发现，他们都偏离以这样或那样的理论预测，这些差异归因于剩余的不均匀性或有限尺寸的影响。我们讨论了我们的结果在每个模型的通用或特定的功能，其热力学极限，以及高混合和低混合制度。我们的研究提供了一个广泛的，总体的角度来看，在基于自推进粒子模型的多个阶段和状态。
2021-04-01 cond-mat.soft
The self-propelled Brownian spinning top: dynamics of a biaxial swimmer at low Reynolds numbers
最近，自推进（主动）棒状颗粒的布朗动力学被探索用于模拟胶体微游泳者、催化驱动的纳米棒和细菌的运动。在这里，我们将这种描述推广到具有任意形状的双轴粒子，并推导出相应的朗之万方程的自推进布朗自旋陀螺。双轴游泳者暴露于低雷诺数下的流体动力斯托克斯摩擦力、波动的随机力和扭矩以及外部和内部（有效）力和扭矩。后者控制着它的自我推进。由于双轴性和流体动力学的旋扭耦合，朗之万方程只能数值求解。在特殊情况下的正交各向异性粒子在没有外力和扭矩，无噪声（零温度）的轨迹被解析地发现是一个圆形螺旋线。在一般情况下，在简单的周期性运动结束之前，涉及瞬态不规则运动，这种轨迹在数值上被证实是更复杂的。相比之下，如果外力消失，则没有发现瞬态状态，并且粒子在超螺旋轨道上移动。对于正交各向异性粒子，噪声平均轨迹是广义贝壳螺旋。我们还研究了减少模型的两个空间维度和分类的无噪声轨迹完全找到圆，直线和不瞬变，以及摆线和任意周期性的轨迹。
2011-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.class-ph
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
External control strategies for self-propelled particles: optimizing navigational efficiency in the presence of limited resources
我们实验和数值研究的依赖性不同的导航策略的有效性的活性粒子到达一个预定义的目标区域。作为唯一的控制参数，我们改变粒子的推进速度取决于它的位置和方向相对于目标网站。通过引入不同的品质因数，例如达到目标的时间或总消耗的推进能量，我们能够量化和比较不同策略的效率。我们的研究结果表明，每一个战略，以导航到一个目标，有其长处和短处，他们没有一个优于其他在所有方面。因此，理想导航策略的选择将强烈地依赖于具体条件和应当优化的品质因数。
2016-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Performance comparison of tethered and self-propelled models of fish locomotion using unsteady thin airfoil theory
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本研究使用非定常面元法比较系留与自推进鳍的游动性能，发现优化系留游动体的运动学策略并不一定适用于自推进游动体。
2026-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics and efficiency of a self-propelled, diffusiophoretic swimmer
主动扩散电泳-通过与自生的中性溶质梯度的相互作用游泳-是微米尺度下自主运动的范例。我们在线性响应理论中研究这种推进机制。首先，我们考虑几个方面有关的游泳粒子的动力学。我们扩展建立的分析公式来描述小的游泳者，与他们的环境在一个有限的长度尺度。溶质对流也被考虑在内。化学反应的建模揭示了游泳者和浓度场的反应性的角分布之间的耦合。这种效应，我们称之为“反应诱导浓度畸变”，强烈地影响粒子的速度。基于这些见解，我们采用不可逆的线性热力学来制定能量平衡。这种方法突出了溶质对流的能量一致的治疗的重要性。游泳的效率进行了数值计算和近似解析。最后，我们定义了一个效率的运输的游泳运动在随机方向。它示出，这种效率的规模作为宏观距离的倒数的运输发生。
2011-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Quantifying the sorting efficiency of self-propelled run-and-tumble swimmers by geometrical ratchets
合适的不对称微结构可用于控制微生物群体的运动方向。这种校正过程使得可以在空间区域中积累游泳者或对不同的游泳者进行分类。在这里，我们研究数值分离过程如何取决于所涉及的微生物的特定运动策略。对两种细菌菌株的分离效率和分离时间等关键特性进行了精确的定义和评价。特别是，两个细菌种群接种在一个盒子中，由一系列的不对称的障碍物列分隔室组成的排序进行了研究。我们展示了如何通过这些障碍提高排序效率，并得出结论，即使所涉及的种群仅在其游泳策略的一个方面不同，这种排序也可以有效地使用。
2013-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics of magnetic self-propelled particles in a harmonic trap
该研究将带磁偶极子的 Hexbugs 构成 MSPP，置于谐振阱中结合实验与模拟分析亚稳态结构，并与过阻尼磁性 ABP 对比，揭示磁偶极作用、粒子形状与活性的主导影响。
2024-03-05 cond-mat.soft
Motility versus fluctuations in mixtures of self-propelled and passive agents
许多生物系统由自我运动和被动的代理人，这两者都有助于整体功能。然而，对这种混合物的性质的研究很少。在这里，我们制定了一个模型的自动和被动剂的混合物，并表明，该模型产生了三个不同的动力学阶段：一个无序的mesoturbulent阶段，一个极性植绒阶段，和一个涡旋阶段，其特征在于大规模的反向旋转的旋涡。我们使用数值模拟来构建相图，并比较自运动细菌悬浮液模型的不同阶段的统计特性。我们的研究结果提供了关于微生物和被动颗粒的相互作用的具体见解，并为人工活性物质的有效技术实现提供了新的战略指导。
2014-07-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Collision between chemically-driven self-propelled drops
本文用解析和数值方法研究了两个自推进液滴的迎面碰撞问题。每一滴都是由化学反应驱动的，化学反应产生或消耗浓度各向同性。浓度场的各向同性分布被液滴的运动破坏，液滴的运动本身是由浓度依赖的表面张力的Marangoni流产生的。这种打破束缚的自推进与其他自推进机制不同，这是由于内在的极性，如蠕动和自泳运动;有一个分叉点，在该点以下液滴是静止的，在该点以上它自发地移动。当两个液滴沿同一轴线运动时，液滴之间的相互作用既有流体力学的作用，也有浓度重叠的作用。我们发现，两滴表现出弹性碰撞或融合取决于从分歧点的距离控制，例如，由粘度。弹性碰撞是由化学反应的耗散和能量注入之间的平衡引起的。我们推导了两滴之间碰撞的简化方程，并分析了两种相互作用的贡献。浓度介导的相互作用被发现占主导地位的流体动力学相互作用。
2016-10-06 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Lattice Boltzmann study of chemically-driven self-propelled droplets
我们数值研究了自推进液滴的行为，其运动是由一个Marangoni样流触发。后者是由影响液滴表面张力促进其运动的表面活性剂浓度的变化产生的。在本文中，采用了第三个两亲性组分的液滴模型。动力学方程采用Navier-Stokes方程和对流扩散方程描述，数值求解采用格子玻尔兹曼方法和有限差分格式。我们专注于两个案例。首先研究了孤立液滴的自推进，然后研究了两个自推进液滴的相互作用。在这两种情况下，当表面活性剂向界面迁移时，在液滴内部形成速度场的四极涡并引起运动。相反，当表面活性剂主要在本体中稀释时，出现较弱的偶极场。两个相互作用的液滴的动力学更加复杂，并且强烈地依赖于它们的相互距离。如果在正面碰撞中，液滴足够接近，速度场最初会吸引它们，直到达到静止的稳定状态。如果液滴垂直移动，则流体动力场导致初始相互吸引，随后是沿相反方向的散射。这种流体动力学相互作用于一些液滴半径的分离，否则它变得可以忽略不计，并且液滴运动仅由Marangoni效应驱动。最后，如果液滴之一是被动的，则后者通常由主动液滴产生的流体流平流输送。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
