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
No many-scallop theorem: Collective locomotion of reciprocal swimmers
为了在低雷诺数下获得推进力，游泳者必须以一种在时间反演对称下不恒定的方式变形;这个结果被称为扇贝定理。我们在这里表明，没有多扇贝定理。我们证明，两个活性粒子进行相互变形可以游泳集体，此外，极性粒子也经历有效的长程相互作用。这些结果来自一个最小的二聚体模型，并推广到更复杂的几何形状的对称性和缩放参数的基础上。我们解释了如何合作运动可以实现实验通过摇动一个均匀的外场收集软粒子。
2008-05-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Swimming with a friend at low Reynolds number
研究了低雷诺数下微生物游动时的流体动力学相互作用。通过考虑简单的模型游泳者，并结合解析和数值方法，我们调查的时间平均流场周围的游泳者。在短距离内，游泳者的动作就像抽水机一样。在大的距离上，速度场取决于泳姿在时间反演和宇称变换的组合下是否不变。然后，我们考虑两个游泳者，发现它们之间的相互作用由两部分组成;一个死项，独立于第二个游泳者的运动，它采取预期的偶极形式和一个活项，导致两个游泳者的同时游泳动作，不。我们认为，一般来说，后者占主导地位。游泳者-游泳者相互作用是它们的相对位移、取向和相位的复杂函数，导致可以是吸引、排斥或振荡的运动。
2007-05-24 cond-mat.other cond-mat.soft physics.bio-ph
Simulation of a flat folding nano-swimmer confined in a nanopore
我们使用分子动力学模拟来研究一个简单的蝴蝶状分子马达在充满粘性介质的各种半径的纳米孔内的位移。该介质被建模为具有多功能的潜力，可以调整以代表大量的材料。先前发现，电动机折叠不仅增加其位移，而且在介质内部产生与电动机折叠的打开角度相关的基本扩散过程。这些过程的存在改变了介质的动态特性，进而影响了马达排量。因此，我们通过改变马达开度角来测试具有孔内介质的不同活化的马达位移。我们发现，最佳的电机位移振荡与孔径和最佳半径取决于激活的介质。这些结果意味着，对于给定的孔径，可以选择优化马达排量的激活或开度角。结果还表明，激活强烈降低了电机运动的限制阻碍，特别是对于小孔隙。最后，通过对电机位置分布概率和基本运动密度的分析，发现电机主要分布在孔隙中心。我们发现尖峰的基本运动的密度时，电机远离中心，这表明重要的贡献的电机弹跳运动的孔壁。
2021-09-07 cond-mat.soft
Reciprocal locomotion of dense swimmers in Stokes flow
由于斯托克斯流的运动学可逆性，执行往复运动的物体（在时间反演下物体构型序列保持相同的运动）不能在可忽略惯性的极限下在粘性流体中推进自身;该结果被称为珀塞尔扇形定理。在此极限下，基于流体惯性和物体惯性的雷诺数均为零。以前的研究特征的扇贝定理的故障与流体惯性。在本文中，我们表明，即使在没有流体惯性，某些密集的机构进行往复运动能够游泳。利用洛仑兹的互等定理，我们首先推导出一般的微分方程，支配密集游泳运动学。我们证明，没有往复游泳是可能的，如果身体运动只包括切向表面变形（蠕动）。然后，我们应用我们的一般公式来计算运动的四个简单的游泳者，每个具有不同的空间不对称性，执行正常的表面变形。我们表明，由此产生的游泳速度（或旋转速率）的规模作为一个正确定义的“游泳者雷诺数”的第一个权力，从而展示了连续故障的扇贝定理与身体惯性。
2008-10-02 cond-mat.soft
A basic swimmer at low Reynolds number
在低雷诺数下的游泳和泵送受“扇贝定理”的约束，该定理指出，对于时间可逆运动，将没有净流体流动。细菌和细胞等生物体受到这种限制，现有和未来的人工“纳米机器人”或微流体泵也是如此。我们研究了一个非常简单的机制，以诱导流体泵送，通过一个周期，打破时间反演对称性的三个胶体珠强制运动的基础上。光镊用于改变珠间距离。该模型的灵感来自Najalan和Golestanian [Phys.Rev.E，69，062901，2004]提出的基于支柱的理论游泳者，但在这项工作中，光阱势的相对柔软性引入了一个新的控制参数。我们表明，该系统是能够产生流量在一个受控的方式，表征模型的实验和数值。
2009-01-09 cond-mat.soft
Guiding microscale swimmers using teardrop-shaped posts
生物或人工微尺度游泳者的游泳方向在长时间尺度上往往是随机的热波动。细菌使用各种策略来偏向游泳行为，并实现逆着流动的定向运动，保持与重力的对齐或沿着化学梯度行进。在这里，我们探索了一种纯粹的几何手段来偏置人造纳米棒游泳者的运动。这些人造游泳者是由化学燃料驱动的游泳杆，在印有泪滴状柱子的基底上游泳。人造游泳者被流体动力学吸引到柱子上，在离开之前沿着柱子周边游泳很长时间。杆经历从泪滴形状的较高曲率端的较高速率的偏离，从而将偏置引入到它们的运动中。这种偏差随着游泳速度的增加而增加，并且可以通过使用沿着单个方向对齐的泪滴形柱的阵列而在长时间内转化为宏观定向运动。该方法提供了一种用于集中游泳者、根据不同速度对游泳者进行分类的协议，并且可以使人工游泳者将货物运送到期望的位置。
2017-04-06 cond-mat.soft
Gauging nanoswimmer dynamics via the motion of large bodies
纳米游泳者在生物和纳米技术中无处不在，但由于其微小的尺寸和驱动力，测量极具挑战性。提出了一种简单的方法，通过观察纳米游泳者如何影响更大、更容易追踪的粒子的运动来检测纳米游泳者难以捉摸的物理特征。建模的游泳者作为水动力偶极子，我们发现直接的，易于校准的可观察到的功率谱和示踪剂的扩散率和游泳者的动态特性之间的关系：他们的力偶极矩和相关时间。
2022-10-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamics of a Brownian circle swimmer
当自推进粒子的驱动力与其传播方向不一致时，自推进粒子沿圆周运动而不是沿直线运动。例子包括受限的细菌和精子，催化驱动的纳米棒，活性，各向异性的胶体颗粒和振动颗粒。利用非哈密顿速率理论和计算机模拟，我们研究了封闭通道中布朗“圆泳者”的运动。滑动模式靠近墙壁导致一个巨大的加速度相比，散装运动，这可以进一步提高了一个最佳的有效扭矩-力比。
2008-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The random walk of a low-Reynolds-number swimmer
在微米尺度上游泳需要特殊的策略。实际上，当惯性与粘性力相比可以忽略不计时（即雷诺数$Re$低于1），流体动力学方程在时间上是可逆的。为了在低雷诺数下获得推进力，游泳者必须以一种在时间反演下不恒定的方式变形。在这里，我们调查的自我推进的生物体的扩散特性，通过显微镜和细胞跟踪。我们感兴趣的系统是微藻\textit{Chlamydomonas Reinhardtii}，一种直径约10微米的能动的单细胞绿色藻，带有两个前鞭毛。在稀悬浮液的情况下，我们表明，跟踪轨迹很好地模拟了相关的随机游走。这个过程是基于运动方向上的短时间相关性，称为持久性。在较长的时间内，相关性丢失，并且标准的随机游走表征轨迹。此外，高速成像使我们能够显示鞭毛在很短的时间内的来回运动如何影响动态的统计描述。最后，我们将展示阻力如何修改这个特定的随机游走的特性。
2011-02-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rechargeable self-assembled droplet microswimmers driven by surface phase transitions
人工微泳者的设计通常受到自然微生物策略的启发。这些生物中的许多利用了弹性在低雷诺数下打破运动的时间反演对称性的事实，但这一原则在主动的、自推进的微型游泳者的模型系统中明显缺失。在这里，我们介绍了一类microswimmer自发自组装和游泳，而不使用外力，而不是由温度变化引起的表面相变驱动。游泳者是由分散在表面活性剂水溶液中的烷烃液滴制成的，这些液滴在冷却时开始自我推进，由快速增长的薄弹性尾巴推动。当加热时，相同的液滴通过缩回它们的尾巴来充电，在每个循环中游泳长达数十分钟。大约5摄氏度的热振荡促使游泳者利用环境中的热量并多次充电。我们开发了一个详细的弹性流体动力学模型，这些过程中，并强调所涉及的分子机制。该系统提供了一个方便的平台，研究对称性破缺运动的游泳者利用鞭毛弹性。温和的条件和生物相容性的介质，使这些微泳潜在的探针研究生物推进和人工和生物游泳者之间的相互作用。
2021-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Free chiral self-propelled robots compared to active Brownian circle swimmers
Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）；The Raymond and Beverley School of Chemistry, Tel Aviv University（特拉维夫大学雷蒙德和贝弗利化学学院）
研究通过视频追踪分析自由手性六边形机器人运动，对比理论预测，发现其位移和散射函数与ABC模型一致，但短时间行为存在偏差，表明过阻尼兰格汉斯方程模型在低翻译噪声下有效。
2026-04-07 cond-mat.soft
Delayed Active Swimmer in a Velocity Landscape
Charles University（查理大学）；Universität Leipzig（莱比锡大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
研究延迟对主动粒子动力学的影响，揭示时间延迟如何控制粒子运输与自组织，为生物微游泳器和合成微机器人提供新机制。
2025-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
