Run-and-Tumble-Like Motion of Active Colloids in Viscoelastic Media
翻滚运动是许多活微生物采用的一种重要运动策略。它的特点是直线游泳间隔（运行），这是由突然重新定向事件（翻滚）中断。与此相反，方向变化的合成microswimmer（活性粒子，AP）是由旋转扩散，这是叠加与他们的平移运动，从而导致相当连续和缓慢的粒子重新取向。在这里，我们表明，活性粒子也可以进行游泳运动的平移和取向的变化被解开，类似于RNT。在我们的系统中，这种运动是通过粘弹性溶剂和自推进速度的周期性调制来实现的。在实验上，这是使用光激活的Janus胶体实现的，该胶体由随时间变化的激光场照射。我们观察到一个强大的增强有效的平移和旋转运动时的调制时间是可比的粘弹性流体的弛豫时间。我们的发现可以用弹性应力的松弛来解释，弹性应力在自我推进过程中积累，当活动停止时突然释放。除了更好地了解粘弹性环境中的主动运动，我们的研究结果可能会建议在复杂环境中的合成microswimmer新的转向策略。
2017-11-29 cond-mat.soft
Propulsion of a chiral swimmer in viscoelastic fluids
本研究揭示了手性微游泳体在粘弹性流体中速度提升源于魏森贝格效应，并发现其速度取决于推进者或牵引者类型，同时探究了成对游动体的水动力相互作用。
2024-11-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Orientational dynamics and rheology of active suspensions in weakly viscoelastic flows
本文研究弱粘弹性剪切流中微型游泳者悬浮液的取向动力学与流变学，发现活性粘弹性应力改变 Jeffery 轨道，pusher 型游泳者可抵抗旋转，且活性与弹性响应显著放大游泳者诱导粘度，使超流态在更低体积分数下出现。
2023-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Competing effects of inertia, sheet elasticity, and fluid viscoelasticity on the synchronization of two actuated sheets
同步的两个驱动片作为一个简单的模型鞭毛microswimmer之间的相互作用。各种因素，包括惯性，片材弹性，和流体粘弹性，已被建议，以促进两个片材的同步，然而，不同的贡献，这一过程的重要性仍然不清楚。我们进行了系统的调查的竞争影响的惯性，片材弹性，流体粘弹性的同步两张。由惯性效应引起的同步的特征时间$τ^\mathrm{s}$与片雷诺数$\mathrm{Re}$成反比，使得$τ^\mathrm{s} ω\propto \mathrm{Re}^{-1}$，其中$ω$是波频率。两个片层的同相或反相构型的同步是由惯性效应、片层弹性、流体可压缩性和粘弹性的竞争决定的。有趣的是，流体粘弹性导致大的拍频振幅和Deborah数$\mathrm{De} > 1$的强同步力，其在其他因素中占主导地位，并有利于同相配置。因此，我们的研究结果表明，流体粘弹性可以显着提高同步的microswimmer。我们的调查破译的重要性，不同的竞争效应同步的两个驱动片，从而更好地了解microswimmer和他们的集体行为之间的相互作用。
2020-09-16 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Memory-induced transition from a persistent random walk to circular motion for achiral microswimmers
实验研究了光激活胶体微泳者在粘弹性流体中的运动。我们发现，在这样一个非牛顿的环境中，活性胶体经历了一个意想不到的过渡，从增强角扩散到持续的旋转运动超过临界推进速度，尽管它们的球形形状和刚度。我们观察到，在相反的手性不对称microswimmer，所得到的圆形轨道可以自发地扭转其旋转的意义，并表现出的角速度和曲率的曲率半径，非线性地依赖于推进速度。通过对主动布朗运动的最小非马尔可夫朗之万模型的研究，我们证明了这些非平衡效应是由于流体对牛顿流体中没有对应物的粒子的自推进的延迟响应而产生的.
2018-07-21 cond-mat.soft
Viscoelastic Effects on the Hydrodynamics of an Active Compound Particle
本研究通过解析方法分析粘弹性流体中活性复合粒子（squirmer-液滴系统）的水动力学，发现粘弹性效应与限制强度、粘度比共同决定游泳速度，且可增强或阻碍运动。
2025-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of self-propelled Janus particles in viscoelastic fluids
实验研究了球形Janus胶体粒子在粘弹性流体中的主动运动。自推进是通过激光照射施加的临界聚合物混合物的局部浓度梯度来实现的。即使在该制度中，流体的粘度是独立的颗粒引起的变形率，我们发现一个显着的增加高达两个数量级的旋转扩散随着颗粒速度的增加，这可以描述由一个有效的旋转扩散系数依赖于Weissenberg数的现象。我们表明，这种效应引起的粘弹性介质中的微泳者的外力取决于其方向的高度各向异性的响应。
2016-03-16 cond-mat.soft
Steady Motions of Single Spherical Microswimmers in Non-Newtonian Fluids
本研究发现牵引驱动型球形微游动器在非牛顿流体中的游速变化趋势与滑移驱动型相反，并证明Purcell扇贝定理在此条件下不成立，为新型微游动器设计提供了可能。
2024-10-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scallop Theorem for Swimming in Anisotropic Fluids
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Kent State University（肯特州立大学）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）；University of Warwick（华威大学）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯特凡研究所）
该研究通过实验与分析结合，发现各向同性流体中无效的往复游泳在向列相液晶中有效，从而将扇贝定理推广至结构化流体。
2026-10-08 cond-mat.soft
Swimmer-microrheology
本文讨论了粘弹性介质中三球微游动体的运动，提出了一种新型的主动微流变学。我们推导出一个连接平均游泳速度和周围介质的频率依赖性粘度的关系。在这种关系中，粘性的贡献，可以存在只有当时间反演对称性被打破，而弹性的贡献是目前只有当结构对称性的游泳者被打破。珀塞尔扇贝定理打破了一个三球游泳者在粘弹性介质。
2017-02-28 cond-mat.soft
Active particles in linear viscoelastic fluids and the scallop theorem
利用修正的功的互等定理，导出了线性粘弹性流体中活性粒子无惯性动力学的一般公式。然后，我们证明，力自由的活性粒子在麦克斯韦线性粘弹性流体中没有延迟具有完全相同的动力学在牛顿流体。相反，在具有延迟的杰弗里斯样流体中的活性颗粒可以显示出明显不同的动力学，包括在往复驱动下的净运动，从而打破了扇贝定理。
2021-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reciprocal swimming in viscoelastic granular hydrogels
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Otto von Guericke University Magdeburg（马格德堡奥托·冯·格里克大学）；Brandenburg University of Applied Sciences（勃兰登堡应用科技大学）
研究了一种类似双壳类动物的游泳者在近无摩擦、具有粘性的颗粒介质中反向拍打翅膀的运动，发现当拍打频率匹配材料的反弛豫时间时产生显著运动，且方向与无粘性颗粒介质中相反。
2025-10-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How inertial lift affects the dynamics of a microswimmer in Poiseuille flow
我们分析了在压力驱动的Poiffille流，流体惯性很小，但不可忽略的动力学的microswimmer。使用微扰理论和互易定理，我们表明，除了经典的惯性升力的被动粒子，主动性质产生一个“游泳升力”，我们评估中性和推/拉型游泳者。考虑到流体惯性，产生了丰富的新的复杂动力学谱，包括翻滚状态，其中翻滚与稳定的中心线游泳或摆动共存。动态是敏感的游泳者的流体动力学签名，远远超出了在消失的流体惯性的结果。我们的工作将有非平凡的影响，在微通道中的主动悬浮液的运输和分散。
2021-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reciprocal theorem for linear poro-viscoelastic materials
该研究推导了线性孔隙黏弹性材料的互易定理，解析计算了刚性球体对不同相点力的时变净力响应，揭示了弛豫时间的影响规律，可应用于生物系统内颗粒输运问题研究。
2023-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Recoil experiments determine the eigenmodes of viscoelastic fluids
实验研究了胶体探针粒子在粘弹性流体中受到恒速剪切后的反冲动力学。反冲显示两个不同的时间尺度，这是非常一致的微观模型建立在一个粒子被链接到两个浴粒子的谐波弹簧。该模型产生的解析表达式再现所有的实验协议，包括额外的等待时间之前的粒子释放。值得注意的是，出现了两组时间尺度，对应于模型的互易和非互易本征模。
2022-04-05 cond-mat.soft
An extensible lattice Boltzmann method for viscoelastic flows: complex and moving boundaries in Oldroyd-B fluids
大多数生物流体是粘弹性的，这意味着它们除了牛顿流体中发现的耗散特性之外还具有弹性特性。计算模型可以帮助我们理解粘弹性流动，但通常局限于如何处理复杂的流动几何形状和悬浮颗粒。在这里，我们提出了一个格子Boltzmann求解器Oldrophil-B流体，可以处理任意形状的固定和移动的边界条件，这使得它非常适合于有限的胶体悬浮液的模拟。我们验证我们的方法，使用几个标准的流变设置，并另外研究了一个单一的沉淀胶体，也发现与文献的良好协议。我们的方法可以很容易地扩展到本构方程以外的Oldrophil-B。这种灵活性和复杂边界的处理为粘弹性流体中的微泳者的研究提供了希望。
2020-11-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Memory-based mediated interactions between rigid particulate inclusions in viscoelastic environments
许多实际相关的材料将粘性流体和弹性固体的性质结合到粘弹性行为。我们的重点是在这样的物质中的阻尼有限尺寸的颗粒夹杂物的诱导动力学行为。我们明确地描述了嵌入的粒子之间出现的历史依赖的相互作用。这些相互作用由粘弹性环境介导。它们是由刚性夹杂引起的粘弹性介质的流动和变形引起的。这两个，终端流体状流动或完全可逆的阻尼弹性行为的粘弹性环境，都包括在内。为了说明和突出的形式主义在潜在的应用中的作用，我们简要地解决了相关的例子拖动刚性球通过粘弹性环境连同随后的松弛动力学，弹性凝胶矩阵中的磁性填料的开关动力学，和粘弹性解决方案中的活动microswimmer的游泳行为。该方法提供了一个基础，这些和相关系统在未来的定量和扩展的调查。
2018-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
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
Spontaneous vortex formation by microswimmers with retarded attractions
无生命粒子的集体状态通过物理相互作用和热运动自组装。尽管有一些现象学上的相似之处，包括临界性的特征，但将能动的代理人绑定到羊群，牛群或群中的自主动力学允许更丰富的行为。低维模型已经暗示了感知信息、决策和反馈在这方面所起的关键作用，这意味着相应的相互作用不可避免地被推迟。在这里，我们提出的实验球形布朗microswimmer延迟自我推进到一个空间固定的目标。我们观察到一个自发对称性破缺的瞬态手征动力学状态和随之而来的临界行为，不依赖于多粒子协同。通过与单个运动员的随机延迟微分运动方程的比较，我们指出延迟诱导的游泳运动员与他们自己的过去的有效同步是其关键机制。越来越多的游泳者自我组织成具有顺向和逆向轨道运动的层，通过空间和流体动力学相互作用来同步和稳定。我们的研究结果表明，即使是最简单的迟滞非互惠的相互作用，可以促进新兴的复杂的适应行为在相对较小的合奏。
2022-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Beyond the Markovian limit: Exact solutions for active motion in a power-law viscoelastic bath
Wenzhou Institute of the University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学温州研究院）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Departament de Física de la Matèria Condensada, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学凝聚态物理学系）；Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Soft Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所软物质物理重点实验室）；UBICS University of Barcelona Institute of Complex Systems（巴塞罗那大学复杂系统研究所）
通过求解非马尔可夫广义朗之万方程，解析研究了幂律粘弹性介质中主动粒子的运动，揭示了分数短时输运、增强长时持续性和力-取向去相关等新现象。
2026-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Magnetically Driven Elastic Microswimmers: Exploiting Hysteretic Collapse for Autonomous Propulsion and Independent Control
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Institut für Physik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg（马格德堡大学物理研究所）
本文提出利用磁驱动弹性微游泳者实现自主推进与独立控制，通过优化几何结构和磁场形状提升推进速度，为微创医疗应用提供新方法。
2026-03-09 cond-mat.soft cs.RO physics.app-ph
Linear and nonlinear active microrheology of viscous, viscoelastic, and elastic media: A fluid particle dynamics approach
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg（马格德堡奥托·冯·格里克大学）
本研究扩展流体粒子动力学方法至黏弹性和弹性介质，研究主动微流变中探针粒子的线性和非线性响应，发现非线性效应导致粒子漂移，与实验设置相符。
2026-09-23 cond-mat.soft
Pattern formation in odd viscoelastic fluids
本文通过解析与格子玻尔兹曼模拟研究奇粘弹性流体，发现一种产生振荡涡旋阵列的图案形成不稳定性，并揭示其增长率、波长和饱和的控制因素，为生物图案形成与软活性物质奇动力学设计提供指导。
2023-10-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Flapping motion and force generation in a viscoelastic fluid
在各种生物情况下，游泳细胞必须在复杂的液体中移动。类似地，粘膜纤毛清除涉及通过搏动纤毛运输聚合物流体。在这里，我们考虑在何种程度上可以利用复杂的流体在小尺度上的力生成。我们考虑一个典型的往复运动（即相同的时间反演对称下）：周期性扑翼的拴系半无限平面。在牛顿极限下，根据珀塞尔扇形定理，这种运动不能用于力的产生。在一个聚合物流体（Oldrophil-B，及其推广），我们表明，这是不是这种情况下，并明确计算小振幅正弦运动的挡板上的力。三种设置被认为是：挡板附近的墙壁，挡板在一个楔，和一个二维的扇贝状挡板。在所有情况下，我们表明，在二次阶的振荡幅度，绳系扑动引起净力，但没有平均流量。因此，我们的研究结果表明，扇贝定理是不成立的聚合物流体。因此，生物附属物（如纤毛）的运动的往复分量可以在聚合物流体（如粘液）中产生非平凡的力，并且法向应力差可以用作纯粘弹性力产生和推进方法。
2008-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Memory with Onsager-Casimir symmetry: Rotating particle in a viscoelastic fluid
Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学）；Universität Konstanz（康斯坦茨大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
该研究通过实验与理论结合，揭示黏弹性流体中旋转布朗粒子的随机动力学，建立满足Onsager-Casimir对称性的最小模型，解释旋转增强扩散率及产生反对称互相关的现象。
2026-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active ploughing through a compressible viscoelastic fluid: Unjamming and emergent nonreciprocity
在稠密的可压缩粘弹性流体中的活性布朗粒子的稀悬浮液，形成了一个自然的设置来研究在动态相变过程中出现的非互易性。在这些密度下，活动粒子的传输受到被动介质的强烈影响，并显示出作为活动和介质密度的函数的动态干扰过渡。在这个过程中，可压缩介质被积极地搅动-对于低活性，活性颗粒被自己捕获在自己制造的球形空腔中，而对于大活性，活性颗粒犁过介质，或者伴随着移动的各向异性尾流，或者留下多孔的痕迹。流体动力学方法表明，活性粒子产生的长距离密度尾流打破了前后对称性，与模拟结果一致。考虑到可压缩介质的反作用，导致（i）活动粒子的动态堵塞，以及（ii）沿相同方向移动的两个活动粒子之间的动态非互易吸引，其中尾随粒子在有限时间内赶上领先粒子。我们强调，这些非互易效应只出现在活动粒子的运动，所以在附近的干扰解除干扰过渡的表现。
2021-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
On the unsteady and lineal translation of a sphere through a viscoelastic fluid
本文用解析方法研究了由Johnson-Segalman和Giesekus模型描述的固体球形颗粒在粘弹性流体中的非定常线性平移。压力场、速度场以及粒子所受力的解在Weissenberg数中展开为幂级数。的动量平衡和本构方程的渐近求解一个稳定的平移粒子到二阶的粒子速度，并在频域中的压力和速度的重新缩放是用来与稳定的线性平移的解决方案，为非稳定的线性平移。在第三阶的粒子速度的不稳定力，然后计算通过应用洛伦兹互易定理，它表明，这种弱非线性的贡献力可以表示为一个Volterra级数的一部分。通过一系列的例子，它表明，截断表示的Volterra系列，它可以被操纵来描述的速度方面施加的力，是有用的分析特定的时间依赖性粒子运动。使用这种关系研究的两个例子是突然开始运动的粒子上的力和粒子对突然施加的稳定力的响应速度。此外，还计算了粒子被简谐势阱捕获后在流体中作直线运动时的弱非线性响应。这是一个模拟主动微观流变学实验，并可以用来解释弱非线性响应如何表现在主动微观流变学实验与球形探针。
2021-06-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Symmetrically pulsating bubbles swim in an anisotropic fluid by nematodynamics
本研究发现向列相液晶可通过向列动力学打破时空对称性，使中心对称的脉动球形气泡实现低雷诺数游动，并揭示了受限提速及弯曲 disclination 包裹气泡的推进现象，为复杂流体中物体运动提供了新机制。
2023-07-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
