Lagrangian Mechanics of Active Systems
我们提出了一个多尺度建模和仿真框架，用于形状变化的浸没物体的低雷诺数流体动力学，例如，生物微泳者和活性表面。其核心思想是将主要形状变化视为广义坐标，并定义共轭广义水动力摩擦力。方便地，相应的广义摩擦系数可以预先计算，随后重新用于快速求解动力学运动方程。该框架将耗散系统的拉格朗日力学推广到主动表面和主动微泳者，其形状动力学由内力驱动。作为一个应用程序的情况下，我们预测在相位和反相位同步对纤毛的实验测量纤毛节拍模式。
2020-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The Mechanics and Statistics of Active Matter
活性粒子包含内部自由度，具有吸收和耗散能量的能力，并在此过程中执行系统运动。例子包括所有活的有机体和它们的能动成分，如分子马达。本文综述了应用非平衡态统计力学和流体力学原理，形成一个系统的理论的行为的集合的活性粒子-活性物质-只有最小的考虑微观细节的最新进展。一个统一的看法，许多种活性物质，不仅包括生活系统，但无生命的类似物。理论和实验并排讨论。
2010-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Intrinsic pressure as a convenient mechanical framework for dry active matter
本文提出将内禀压力作为干性活性物质局部压力的理想候选量，并把自推进力视为环境有效外力，从而建立一个普适且便于分析干性活性系统力学的框架。
2025-07-19 cond-mat.soft
Molecular Assembly Lines in Active Droplets
大的蛋白质复合物由蛋白质亚基组装而成，形成特定的结构。在我们的理论工作中，我们提出，组装成正确的结构可以可靠地实现通过装配线与特定序列的装配步骤。使用液滴接口定位隔室边界，我们表明，装配线可以自组织的活性液滴。因此，组装步骤可以在空间上布置，使得实现特定的组装顺序，并且强烈抑制不正确的组装。
2021-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Molecular chaos in dense active systems
分子混沌的假设在动力学理论中起着核心作用，它提供了一个封闭，导致玻尔兹曼方程定量描述经典流体。然而，如何将它适当地推广到主动系统，在非平衡物理学中仍然是一个悬而未决的问题。结合实验，模拟和理论，我们调查的紧急集体行为的自我推进的粒子，表现出避碰，一种移动策略，通常采用在自然和工程主动系统。这个致密的活性系统显示出由多体相互作用强烈调控的不寻常的相动力学，这不能用假设分子混沌的理论来解释。为了合理化不同的紧急阶段之间的相互作用，提出了一个简单的动力学模型与修改后的分子混沌假说，处理多体效应隐含通过分类不同类型的粒子对碰撞。我们的模型预测的最佳增长率的群集，并说明了一个通用的方法来理解密集的活性系统。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular Dynamics Simulations of Active Matter using LAMMPS
LAMMPS是一个广泛流行的经典分子动力学软件包。它是为材料建模而设计的，但它为软物质的模拟做好了充分的准备。像LAMMPS这样的使用包有优点也有缺点。主要优点是优化的方法，主要是并行计算。主要缺点是，由于代码的复杂性，它有很长的学习曲线。这些笔记的一个目的是缩短研究人员开始使用LAMMPS来模拟软活性物质的曲线。在这些笔记中，我们首先讨论了LAMMPS中实现的一些分子动力学方法。我们向首次使用的用户提供了动手介绍，并以高级动手部分结束，在那里我们实现和测试主动布朗粒子模拟。
2021-02-24 cond-mat.soft
Molecular motors robustly drive active gels to a critically connected state
生命系统通常表现出内部驱动：活跃的分子过程驱动非平衡现象，如新陈代谢或迁移。活性凝胶构成了一类迷人的内部驱动物质，其中分子马达在聚合物网络内部施加局部应力。有证据表明，需要网络交联以允许马达诱导宏观收缩。然而，对网络连接如何使收缩缺乏定量的理解。在这里，我们实验表明，肌球蛋白马达合同交联肌动蛋白聚合物网络簇无标度的尺寸分布。这种临界行为发生在出乎意料的宽范围的交联浓度。为了理解这种鲁棒性，我们开发了一个考虑到网络重构的收缩网络的定量模型：电机通过迫使交联解除绑定来减少连接。奇怪的是，为了协调整体收缩，运动活动应该是低的。否则，马达会将最初连接良好的网络驱动到临界状态，在这种状态下，整个网络都会出现断裂。
2013-02-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Molecular dynamics simulations of active entangled polymers reptating through a passive mesh
在这项工作中，我们探讨了积极的纠缠链的动力学使用分子动力学模拟的一个修改后的Kremer-Grest模型。为了避免约束释放效应，活性链被稀释在一个很长的被动线性链的网格中，并以沿着原始路径赋予恒定极性漂移速度的方式向单体施加一个主动力.模拟结果表明，在很宽的活性值范围内，链和管的构象性质不受影响，但是链条的动力学被严重改变。尽管没有一个明确的管，模拟验证了所有的预测理论对所有可能的观测非常准确，包括扩散系数，成为独立的分子量在中等值的活动。总的来说，这项工作提供了新的信息，积极纠缠聚合物的研究，给出了路线图研究这种现象和一种有效的方法来获得一个极性活动，再现了物理学的积极爬行理论。
2022-10-30 cond-mat.soft
A multiscale Molecular Dynamics approach to Contact Mechanics
弹性体之间的摩擦力和粘附力受接触表面粗糙度的强烈影响。在这里，我们开发了接触力学的多尺度分子动力学方法，当表面在许多不同的长度尺度上具有粗糙度时，也可以使用该方法，例如，自仿射分形曲面。作为一个例子，我们考虑了随机粗糙表面之间的接触，并表明，接触面积线性变化的负载小。我们还分析了接触形态和压力分布在不同的放大倍数，无论有没有粘附。计算结果与基于连续介质力学的分析接触力学模型进行了比较。
2006-01-05 cond-mat.soft
Statistical Mechanics of Glass Formation in Molecular Liquids with OTP as an Example
我们扩展我们的统计力学理论的玻璃化转变的例子组成的点粒子的分子液体的内部自由度。和以前一样，基本的断言是过冷液体是遍历的，尽管在较低温度下变得非常粘稠，因此原则上可以用统计力学描述。该理论基于分析每个分子的局部邻域，并为每个可能的局部组织分配统计力学权重。这导致在近似理论，是在非常好的协议与模拟有关的物理和动力学性质。
2011-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A potpourri of results on molecular communication with active transport
本文以互信息衡量通信效能，研究分子马达驱动的主动输运如何扩展分子通信距离，并分析中继及主动—扩散粒子混合两种场景的信道表现与缺陷。
2024-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cs.ET
Active mechanics reveal molecular-scale force kinetics in living oocytes
细胞内组分的主动扩散正在成为细胞生物学中的重要过程。这个过程是由分子马达和细胞骨架丝的复杂组装介导的，这些分子马达和细胞骨架丝驱动细胞质中的力产生并促进增强的运动。分子马达的动力学已经通过单分子方法在体外精确地表征，然而，它们的体内行为仍然难以捉摸。在这里，我们研究了小鼠卵母细胞中囊泡的主动扩散，在此过程中发挥了关键作用，在发展过程中的核定位，并结合实验和理论框架，以提取分子尺度的力动力学（力，功率冲程，和速度）的体内活性过程。假设一个单一的主导过程，我们发现，非平衡活性诱导持续时间$τ\sim$ 300 $μ$ s的快速踢，导致体内卵母细胞中囊泡上的平均力为$F \sim$ 0.4 pN，我们的研究结果表明，测量体内活性波动允许提取与单细胞活性一致的分子尺度活性。分子的研究和演示介观框架访问力动力学。
2018-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
The mechanics of disclination emergence in 3D active nematics
本文通过大规模3D模拟研究了活性半柔性丝模型，发现系统受依赖于活性的有效刚度这一单一参数控制，并建立了涵盖弯曲与扭曲的向错涌现统一力学理论。
2025-06-28 cond-mat.soft
Statistical mechanics of transport processes in active fluids: Equations of hydrodynamics
流体动力学方程，包括质量，线动量，角动量，和能量的粗粒化的内部扭矩驱动的旋转哑铃组成的系统的微观运动方程。
2017-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Disassembly and Reassembly of Actin Networks Induces Distinct Biphasic Mechanics
肌动蛋白是细胞骨架的关键组成部分，在细胞运动、分裂、生长和抗张强度中起着核心作用。为了实现这种广泛的瞬时机械过程和特性，肌动蛋白丝的网络通过主动解聚/再聚合不断地分解和重新组装。然而，问题仍然是如何去/重新聚合动力学的个别肌动蛋白丝转化为随时间变化的力学的dis-reassembled网络。为了解决这个问题，最终阐明的分子机制，使细胞表现出无数的短暂的机械性能，我们耦合时间分辨的活性微流变学与微流体测量的时变粘弹性模量的缠结和交联肌动蛋白网络在化学触发的网络拆卸和重新组装。我们还开发了一个相应的数学模型，涉及的时间演变的细丝长度的演变网络的时间依赖性存储模量。在拆卸过程中，我们发现，模量表现出两个不同的指数衰减，实验时间常数为$\sim$ 169和$\sim$ 47分钟，我们显示产生从一个从一个刚性的网络到一个非刚性的制度发生后，$\sim$ 90分钟的相变。在重组过程中，测得的模量表现出随时间的线性增加$\sim$ 90分钟，之后达到稳态值。我们的理论模型表明，重组力学主要由伸长动力学，并且伸长速率比最近假设的要慢得多。我们的测量揭示了聚合动力学如何映射到积极发展的细胞骨架网络的时变机制，并为研究目前正在深入研究的其他活性和动态系统提供了一个强大的平台。
2017-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
On the Statistical Mechanics of Active Membranes: Some Selected Results
University of Houston（休斯顿大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文通过非平衡统计力学框架，推导了活性膜的四个基本机械特性，揭示了波动谱在理解被动和主动膜力学中的作用。
2026-02-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Mechanics of Transport Processes in Active Fluids II: Equations of Hydrodynamics for Active Brownian Particles
我们执行一个粗粒度分析的范例活性物质模型，活性布朗粒子，产生一个连续描述的质量，线性和角动量，能量的平衡定律。线性动量平衡的推导揭示了主动力直接表现为与类序参量指向矢场成比例的连续水平的体力，因此需要其自身的演化方程来完成系统的连续描述。我们推导出这个方程，表明在这个过程中，大电流可能会持续在均匀的系统中，只有在存在的粒子间对齐的相互作用。此外，我们进行了第二次粗粒化的线性动量的平衡，并推导出主动或游泳压力的机械平衡的情况下的表达式。
2019-04-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Density Functional Theory-based Quantum Mechanics/Coarse-grained Molecular Mechanics: Theory and Implementation
量子力学/分子力学（QM/MM）是一种标准的计算工具，用于描述具有许多自由度的系统中的化学反应性，包括聚合物，酶和复杂溶剂中的反应分子。然而，QM/MM是不太适合的系统与复杂的MM动力学由于相关的长弛豫时间，高计算成本的QM能量评估，和昂贵的远程静电。最近，提出了MM部分的系统粗粒化，以量子力学/粗粒分子力学（QM/CG-MM）方法的形式克服这些QM/MM限制。在此，我们重铸QM/CG-MM的密度泛函理论形式主义，并通过采用力匹配变分原理，访问两个模型系统的方法性能：QM四氯化碳在MM四氯化碳液体和次氯酸叔丁酯与苄基自由基在MM四氯化碳溶剂中的反应。我们发现，DFT-QM/CG-MM准确地再现DFT-QM/MM径向分布函数和3体之间的关联QM和CG-MM子系统。反应的自由能分布也得到了很好的描述，误差< 1- 2kcal/mol。DFT-QM/CG-MM是一种通用的、系统的、计算效率高的方法，用于在粗粒度分子模型中包括化学反应性。
2020-07-20 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Minimal model of an active solid deviates from equilibrium mechanics
本文用极小模型研究了一维活性固体--由非线性硬弹簧相互作用的活性随机粒子网络--在外力作用下的力学响应。研究发现，由线性弹簧构成的主动固体在外力作用下，呈现出与系统活动无关的平均变形。然而，当主动固体由非线性硬弹簧制成时，固体的平均变形相对于在相同条件下的被动系统减小，并且作为系统中的活动和旋转噪声的函数。后一个结果可能揭示了创造主动超材料的新方法，这种材料可以通过移动其活动或旋转噪声来调整其刚度。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tunable dynamics of microtubule based active isotropic gels
我们研究了由驱动蛋白分子马达簇驱动的成束微管活性凝胶的动力学。加入ATP后，数千个分子马达的协调作用将凝胶驱动到高度动态的类似于胶体的状态，这种状态持续数小时，并且仅受组成蛋白质的稳定性和化学燃料的可用性的限制。我们的特征如何增强运输和紧急宏观流动的活性凝胶依赖于相关的分子参数，包括ATP，驱动蛋白电机，和耗尽浓度，微管体积分数，以及化学计量的组成电机集群。我们的研究结果表明，基于微管的活性凝胶的动力学和结构特性是高度可调的。它们还表明存在最佳浓度的分子马达，其使活性各向同性MT凝胶的远离平衡的活性最大化。
2014-09-26 cond-mat.soft
Phase Behavior of Active Swimmers in Depletants: Molecular Dynamics and Integral Equation Theory
我们研究了二元混合物的结构和相行为，其中一个组分是自推进的性质。系统中的颗粒间相互作用取自Asakura-Oosawa模型，用于胶体-聚合物混合物，其相图已知。在目前的模型版本中，胶体粒子是使用Vicsek模型的自推进粒子来激活的。用分子动力学方法和积分方程理论对所得活性体系进行了研究。这两种方法产生的结果彼此一致，并表明基于Vicsek模型的活动促进相分离，从而扩大了共存区域。
2014-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chirality and odd mechanics in active columnar phases
本文证明三维中具有二维奇数弹性的最高对称性介观相是手性、极性柱状相，推导了其流体动力学方程，并预测了零波数处频率不消失的柱振荡及由手性力矩偶极活性应力选择的螺旋屈曲不稳定性。
2024-04-30 cond-mat.soft
Molecular dynamics study of contact mechanics: contact area and interfacial separation from small to full contact
用分子动力学方法研究了具有随机粗糙表面的刚性固体与具有平坦表面的弹性块体之间的接触。我们研究了接触面积和界面分离从小接触（低负荷）到完全接触（高负荷）。对于小载荷，接触面积与载荷成线性关系，界面分离与载荷成几何关系。对于高负载，接触面积接近标称接触面积（即，完全接触），并且界面分离接近于零。目前的结果可能是非常重要的软固体，例如，橡胶，或非常光滑的表面，其中在中等高载荷下可以达到完全接触而不会使固体发生塑性形变。
2007-10-01 cond-mat.soft
Mechanical inhibition of dissipation in a thermodynamically consistent active solid
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
本文提出了一种热力学一致的活性固体模型，揭示了机械响应与耗散之间的非平凡交叉作用，并解释了在大应力下耗散被抑制的现象。
2025-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular dynamics simulations of active Brownian particles in dilute suspension: diffusion in free space and distribution in confinement
在这项工作中，我们报告了一种新的方法来模拟活跃的布朗粒子（ABPs）的分子动力学（MD）模拟。浸入流体中，每个ABP由头部粒子和流体的球形幻影区域组成，微型游泳者的鞭毛在该区域起作用。活性粒子的取向受随机动力学控制，取向持续时间由旋转扩散系数决定。为了流体动力学地驱动作为推动器的活性粒子，一对主动力分别施加在头部粒子和体模流体区域上。沿颗粒取向测量的主动速度与主动力的大小成比例。活性粒子的有效扩散系数是第一次在自由空间测量，显示半定量的协议与分析结果预测的极小模型的ABPs。然后，我们转向约束势中的活性粒子的概率分布。我们发现，随着取向持续时间相对于势阱中的弛豫时间的增加，静止粒子分布经历了从玻尔兹曼型到非玻尔兹曼分布的演变。从固定的分布在限制电位，扩散系数的有效部分进行测量和比较，在自由空间中获得的，显示出良好的半定量协议，而取向的持续时间变化很大，相对于弛豫时间。
2019-02-14 cond-mat.soft nlin.AO
Nonlinear mechanics of triblock copolymer elastomers: from molecular simulations to network models
我们引入了一个熵网络模型的共聚物弹性体的基础上的微观链构象在变形过程中的演变。我们表明，由于在全球以及纠缠水平的链拉伸从添加剂的贡献的应力结果。当用分子模拟计算这些参数时，该理论定量地预测了宏观应力响应。该模型只需要一个弹性模量来描述物理交联的三嵌段网络和未交联的均聚物。
2018-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical stress induced by the polymerisation of an active gel near a surface
Institut Curie, PSL Research University, CNRS UMR 168（居里研究所，PSL研究大学，CNRS联合研究单位168）
研究细胞膜下细胞质骨架中肌动蛋白流动引起的机械应力机制，通过流体动力学模型分析凝胶压缩性、界面摩擦和肌动蛋白周转对膜应力的影响，确定线性不稳定性条件。
2026-05-12 cond-mat.soft q-bio.SC
The Mechanics of Nucleation and Growth and the Surface Tensions of Active Matter
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文从力学角度探讨了活性物质凝聚与生长的机制，揭示了三种表面张力在活性界面稳定性中的作用。
2025-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical mechanics of an active wheel rolling in circles
研究对称小轮在振动板上自发产生手性主动动力学的现象，揭示其非平衡统计特性及相变，为手性主动系统提供模型实验基础。
2024-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
X-LoRA: Mixture of Low-Rank Adapter Experts, a Flexible Framework for Large Language Models with Applications in Protein Mechanics and Molecular Design
Academy for Science and Design (ASD)（科学设计学院）；Massachusetts Institute of Technology (MIT)（麻省理工学院）
本文提出X-LoRA框架，通过门控动态混合低秩适配器专家，无需修改底层结构即可扩展大语言模型能力，并在蛋白质力学、蛋白质设计及分子设计等科学任务中验证了其定量预测与推理能力。
2024-03-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cs.AI
