Hydroelastic scattering and trapping of microswimmers
本文利用微扰理论研究 pusher 和 puller 在可变形边界附近的水弹性耦合游动，发现 pusher 既能发生水弹性散射也能被边界捕获，揭示了可变形边界与平面壁附近行为显著不同的机制。
2025-02-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Hydrodynamic instabilities in a 2-D sheet of microswimmers embedded in a 3-D fluid
本研究针对嵌入三维不可压缩流体的二维微泳体片层构建动力学理论，发现平面流场等效可压缩，存在两种与体相不同的不稳定性，揭示约束对微泳体集体行为的关键作用。
2023-12-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reorientation dynamics of microswimmers at fluid-fluid interfaces
我们研究了被困在流体界面的球形微泳者的定向和平移动力学，在他们的流场的力偶极子和源偶极子分量。利用数值模拟和分析计算，我们表明，力偶极子施加扭矩，定向平行于接口的推杆，和在正常方向上的拉力。源偶极子的结果，在粒子旋转只有有限的粘度对比两种流体之间，与以前的研究一致。这两个贡献的叠加导致旋转动力学的稳定状态的方向，取决于力和源偶极子的相对大小。在一般情况下，游泳者与弱力偶极子和强大的拉力观察到对齐垂直的接口，并成为固定的，而强大的推动者有一个有限的倾角朝向较低粘度的流体和游泳沿接口。
2022-04-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multi-species dynamical density functional theory for microswimmers: derivation, orientational ordering, trapping potentials, and shear cells
微泳者通常在复杂的环境中工作。在生物系统中，不同的物种通常同时存在并相互作用。在这里，我们推导出一个（时间依赖性）粒子尺度的统计描述，即动态密度泛函理论，这样的多物种系统，扩展现有的单组分微泳悬浮液的工作。特别是，我们的理论结合了外部电位的影响，但也空间和流体动力学之间的相互作用游泳。对于后者，使用先前引入的基于力偶极的最小（推或拉）微型游泳器模型。作为我们的理论的一个限制性的情况下，流体动力学相互作用的主动和被动粒子的混合物被捕获。在推导理论之后，我们将其应用于不同的平面游泳者配置。首先，这些是二元推-拉混合物在外部陷阱。在所考虑的情况下，我们发现，大多数物种强加给少数物种的行为。其次，对于无约束的二元推-拉混合物，线性稳定性的取向无序状态对全球极性取向秩序的出现（从而紧急集体运动）进行了测试分析。我们的统计方法预测，定性地与以前的粒子为基础的计算机模拟，一个阈值的分数的拖拉机和他们的推进强度，让整体集体运动的出现。第三，我们让被动的胶体颗粒形成剪切细胞的边界，在它们的内部有限制的主动微泳者。驱动被动粒子，然后有效地施加剪切流，持续作用于内部的微泳者。他们的行为让人想起了一个圆圈游泳者，尽管游泳半径不同。
2019-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic capture and release of a microswimmer by a meniscus corner
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）；Chevron ENGINE, Bengaluru（雪佛龙工程班加罗尔分部）；Indian Institute of Technology, Madras（印度理工学院马德拉斯分校）
研究微流体在 meniscus 角的捕获与释放机制，通过实验、理论和模拟揭示低雷诺数下微流体在角落的运动特性及操控方法。
2026-04-21 cond-mat.soft
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
Fission and fusion scenarios for magnetic microswimmer clusters
粒子团簇的裂变和聚变过程发生在物理和化学的许多领域，从亚核到天文尺度。在这里，我们研究裂变和融合的磁性microswimmer集群所管辖的流体动力学和偶极相互作用。丰富的场景被发现，这在很大程度上取决于游泳者是推还是拉。特别是，随着自推进速度的增加，牵引器的线性磁链是稳定的，而推动器链则表现出一连串的裂变（或分解）过程。从理论上讲，任何类型的游泳者的磁环簇都显示出裂变。此外，我们发现了过多的可能的融合（或组装）的情况下，如果一个单一的游泳者碰撞环状集群和两个环自发碰撞。我们的预测是通过计算机模拟得到的，并在活性胶体Janus粒子和趋磁细菌的实验中得到验证。
2016-11-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Anomalous rheology of puller-type microswimmer suspensions
本研究通过直接流体动力学模拟揭示拉型微型游泳者悬浮液的异常流变机制，发现其收缩流场导致壁面附近垂直排列与取向序增强，主导整体动力学，且稳态行为受长径比和约束程度影响。
2025-03-03 cond-mat.soft
Phase Separation and Coexistence of Hydrodynamically Interacting Microswimmers
球形微泳者的集体行为的一个显著特征是，对于足够强的自推进，它们相分离成与低密度无序环境共存的密集簇。扩展我们以前的工作，我们使用的蠕动作为一个模型的游泳者和基于粒子的多粒子碰撞动力学模拟方法，探讨流体力学的影响，他们的相行为在准二维几何形状。的粗化动力学的相分离状态是扩散的中间时间制度，然后由最后的弹道致密化的致密集群。我们确定了Péclet数与密度的相图中的双结点线。有趣的是，随着平均密度或致密团簇尺寸的增加，气体双节点会向更小的密度移动，我们使用最近引入的压力平衡来解释[S。C. Takatori等人，物理修订信函113，028103（2014）]通过流体动力学贡献扩展。此外，我们发现，对于推和拉的双节线转移到更大的Péclet数相比，中性蠕动。最后，当降低Péclet数时，致密相从六方“固体”转变为无序的“流体”状态。
2016-10-28 cond-mat.soft
The role of correlations in the collective behaviour of microswimmer suspensions
在这封信中，我们研究了大量的自我推进的microswimmer浸没在流体中的集体行为。使用前所未有的大规模格子玻尔兹曼模拟，我们再现了细菌湍流的过渡。我们发现，即使低于过渡，游泳运动在一个相关的方式，不能描述的平均场方法。我们开发了一种新的动力学理论，捕捉这些相关性，是非微扰的游泳者密度。为了提供一个实验上可访问的相关措施，我们计算被动示踪剂的扩散率，并揭示其非平凡的密度依赖性。该理论是在定量协议与格子玻尔兹曼模拟，并捕捉不对称的推和拉游泳下面的过渡到湍流。
2017-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
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
Ideal circle microswimmers in crowded media
微型游泳者在自然界中暴露在拥挤的环境中，它们的运输特性以一种微妙的方式取决于与障碍物的相互作用。在这里，我们研究了一个模型，一个理想的圆形游泳者探索一个二维无序阵列的不可逾越的障碍。微型游泳者在可自由进入的空间中沿圆形轨道移动，并在碰撞时跟随障碍物的表面一定时间。取决于障碍物的密度和圆形轨道的半径，microswimmer显示长距离运输或局限于一个有限的区域。我们发现，有从两个本地化状态的扩散状态，每个驱动的一个潜在的静态渗滤过渡的过渡。我们确定了非平衡态图，并通过计算机模拟计算了均方位移和扩散系数。接近过渡线的运输成为subdiffusive这是合理的动态临界现象。
2020-03-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Feeders and Expellers, Two Types of Animalcules With Outboard Cilia, Have Distinct Surface Interactions
本文根据外侧纤毛产生的旋流方向将拉式微型游动者分为喂食型和排出型，并通过轮虫与绿藻实验证明两类生物在近壁面分别表现为稳定附着和散射，揭示了表面相互作用的新机制。
2024-06-29 cond-mat.soft q-bio.CB
