Directional cues affect the collective behaviour of Self propelled particles in one dimension
本研究探究一维下充当定向线索的淬灭无序对自驱动粒子集体行为的影响，构建微观模型与粗粒化运动方程，发现无序使有序团簇尺寸代数衰减、大团簇分裂并引发粒子局域化。
2024-05-14 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
Collective Dynamics of Deformable Self-Propelled Particles with Repulsive Interaction
我们研究了具有排斥相互作用的可变形自推进粒子的动力学，其大小取决于一对粒子的相对伸长方向。粒子的集体运动出现在二维空间中。然而，当粒子密度超过某个临界阈值时，这种有序状态变得不稳定，动力学变得无序。我们通过平均场分析表明，这种新的过渡特性的变形发生由于鞍结分岔。
2011-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Individual and collective dynamics of self-propelled soft particles
可变形的自推进粒子为我们提供了最重要的非线性耗散系统之一，例如，与微生物的运动有关。强调这是一个非平衡开放系统中局部化对象的主题。我们引入一组耦合的常微分方程来研究由于迁移、自旋和变形之间的非线性耦合而引起的单个软粒子的各种动力学。通过引入粒子间的相互作用，通过改变粒子密度和相互作用强度，研究了集体动力学及其坍缩。我们强调，自推进粒子的组件也表现出各种非平衡局域模式。
2013-09-21 cond-mat.soft nlin.PS
Large-scale collective properties of self-propelled rods
我们研究了在两个空间维度中，在噪声存在下，匀速极性点粒子局部相互作用的大尺度性质。这种最小化的自推进杆的方法允许我们处理大量的粒子，揭示了一种以前在更复杂的模型中看不到的现象，而且与纯粹的极性情况（例如Vicsek模型）和活性向列相都有明显的不同。
2009-11-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective motion of self-propelled particles interacting without cohesion
我们提出了一个全面的研究Vicsek风格的自推进粒子模型在两个和三个空间维度。集体运动的发病在这样的随机模型，只有局部对齐相互作用的详细研究，并显示是不连续的（一阶）。有序的，集体移动相的性质进行了研究。在一个大的域的参数空间，包括过渡区，定义良好的高密度和高阶传播孤立子结构被证明占主导地位的动态。另一方面，离过渡区足够远的地方，这些物体就不存在了。然后观察到一个平行均匀的有序相，其特征在于非常强的密度波动，超扩散，和强的不对称性。
2007-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Collective Motion of Self-Propelled Particles with Memory
我们表明，记忆，在欠阻尼角动力学的形式，是一个至关重要的组成部分的集体性质的自推进粒子。使用Vicsek风格的模型与作用于角速度的Ornstein-Uhlenbeck过程，我们发现了丰富多样的集体阶段没有观察到在通常的过阻尼系统，包括涡旋晶格和活性泡沫。在一个严格相互作用的模型中，Vicsek波的近晶排列引起的全球极序观察。我们还提供了一个计算的电报噪声过程中发挥作用的情况下，涡之间的有效相互作用，从而解释这里观察到的涡格的出现和结构，并在运动性测定实验。
2018-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confinement and collective escape of active particles
活性物质广泛地涵盖了自推进粒子的动力学。虽然在同质活动系统中集体行为的发生已经得到了相当好的理解，但是诸如障碍物和陷阱之类的非同质性的影响缺乏整体的清晰度。在这里，我们研究相互作用的自推进粒子如何被捕获并从陷阱中释放。我们已经发现，被捕获的粒子聚集成一个具有晶体结构的轨道凝聚体。随着更多的颗粒被加入，被捕获的冷凝物作为一个整体逸出。我们的结果揭示了在活性物质中的禁闭效应和淬火无序效应。
2021-11-19 cond-mat.soft
Many-body dynamics of chemically propelled nanomotors
利用粗粒化微观动力学模型研究了由催化球和非催化球在准二维受限几何中形成的化学推进球二聚体马达的集体行为.将燃料转化为产物的催化球处的化学反应产生耦合到溶剂自由度的力，这是微观动力学中的动量守恒的结果。多体系统的集体行为受马达之间的直接分子间相互作用、化学梯度引起的趋化效应、流体动力学耦合和热噪声的影响。分离成高，低密度相和全球均匀的状态与强波动的电动机特性的函数进行了研究。这种行为的因素进行了讨论的背景下，积极的布朗模型。
2017-08-06 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
Symmetry and stability of orientationally ordered collective motions of self-propelled, semiflexible filaments
该研究通过布朗动力学模拟准二维自驱动半柔性细丝的集体运动，揭示无微观取向扭矩时长程取向有序依赖细丝重叠，其对称性由重叠能和柔性决定，且长程极性有序是有限刚度系统唯一活性动力学稳态。
2024-07-11 cond-mat.soft
Unidirectional laning and migrating cluster crystals in confined self-propelled particle systems
描述自推进粒子集体行为的一个标准方法是Vicsek模型：点状自推进粒子倾向于在每个时间步将其迁移方向与其最近邻居的迁移方向对齐。在这里，我们使用的Vicsek模型的一个变体，包括成对排斥相互作用。将系统限制在平行的壁之间可以定性地改变其外观：可以出现与先前报道的不同的横向状态。所有泳道平均显示所含颗粒的相同迁移方向，泳道之间具有有限的间隔距离。此外，在某些参数范围内，我们观察到集体迁移集群，安排在一个近似六边形的方式。我们认为这些规则纹理背后的机制是对齐机制中的过度反应。考虑更现实的情况下，非点状粒子的存在下，限制表面通常是重要的比较实验系统。
2013-10-29 cond-mat.soft
Collective guiding of acoustically propelled nano- and microparticles for medical applications
自推进纳米和微型器件最重要的潜在应用之一是靶向药物递送。为了实现这一点，需要能够被共同引导朝向患者体内的目标的生物相容性颗粒。声推进纳米和微粒构成了这样的生物相容性，人工能动颗粒的有前途的候选人。通过自推进纳米和微型装置进行靶向药物递送的主要剩余障碍是还实现可靠且生物相容的方法，用于将它们集体引导到它们的目标。在这里，我们提出了这样一种方法。正如我们通过计算机模拟所证实的，它允许通过结合空间和时间相关的声场和时间相关的磁场来远程引导大量的声学推进粒子到规定的目标。该方法的工作原理没有详细的知识粒子的位置和任意的初始粒子分布。有了这些功能，它铺平了道路，为未来的应用自推进粒子作为车辆的靶向药物输送在纳米医学。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
From single-particle to collective effective temperatures in an active fluid of self-propelled particles
我们提出了一个全面的分析有效的温度波动耗散关系的基础上的模型的主动流体组成的自走硬盘。我们首先调查的相关性的有效温度在稀和中等密度的流体。我们发现，一个独特的有效温度一般不表征在这个广泛的密度范围内的活性流体的非平衡动力学，因为波动耗散关系产生的长度尺度依赖的有效温度。相比之下，我们发现，在非常大的密度的非平衡玻璃化转变的方法是伴随着一个独特的有效温度的出现共享的波动在所有的长度尺度。这表明，由于在非平衡玻璃化转变时发生的集体冻结，在活性颗粒的非常致密的悬浮液中，通常会出现有效的热动力学。
2015-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Propelled Rods: Linking Alignment-Dominated and Repulsion-Dominated Active Matter
我们研究了一个强大的自推进杆通过体积排阻相互作用的模型，并表明其集体动力学包括相应的Vicsek式模型（局部对齐是唯一的相互作用），和运动诱导的相分离（当排斥占主导地位时发生）。这些结果统一了迄今为止关于干活性物质的基本上互不相关的知识体系，并澄清了所涉及的各个相的性质。
2018-07-03 cond-mat.soft
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
Mixtures of self-propelled particles interacting with asymmetric obstacles
本文模拟快慢活性布朗圆盘与非对称半圆盘障碍物的相互作用，揭示自推进速度多样性会富集快粒子并协同放大整流电流，且稳态密度关系违反杠杆规则。
2023-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The collective dynamics of self-propelled particles
我们提出了一种方法的动态模拟的一个收集的自推进粒子在粘性牛顿流体。我们限制注意颗粒的尺寸和速度是足够小的流体运动是在蠕动流制度。我们提出了一个简单的模型，自推进粒子，并扩展了斯托克斯动力学方法进行动态模拟这样的粒子的集合。在我们的描述中，每个粒子都被视为一个具有方向矢量$\te{p}$的球体，其运动由力偶极子在稍微偏离其中心的一点上的作用驱动。孤立地，自推进粒子以恒定速度沿$\te{p}$方向移动。当它与许多这样的粒子共存时，它与其他粒子的流体动力学相互作用改变了它的速度，更重要的是，它的方向。因此，粒子的运动是混沌的。我们的模拟并不局限于低粒子浓度，因为我们实现了粒子之间的完全流体动力学相互作用，但我们将粒子的运动限制在二维范围内，以减少计算。本文报道了自推进粒子悬浮液在一定浓度范围内的统计特性，如粒子速度分布、对关联函数和取向关联函数。
2007-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective phases in overdamped magnetic self-propelled spherocylinders
Universidad de Chile（智利大学）；Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学）
通过将磁性相互作用建模为双单极子模型，结合粒子伸长几何，发现系统出现气体、极性群、链、涡旋排列和锁定二聚体等丰富集体相，为控制磁性活性物质相干态提供了实验可调参数。
2026-06-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Emergent collective motion of self-propelled condensate droplets
本研究揭示固体基底覆盖薄油膜时冷凝水滴自发涌现的蛇形及圆周集体运动，其自推进由合并小液滴释放的界面能驱动，具有传热与集水应用潜力。
2023-11-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collective behavior of penetrable self-propelled rods in two dimensions
自推进粒子的集体行为在运动性测定中在微尺度上观察到游泳者如精子和细菌以及蛋白质细丝。这类系统的性质既取决于它们的维数，也取决于它们粒子之间的相互作用。我们引入了一个二维自推进杆模型，该模型通过分离位移的伦纳德-琼斯势相互作用。由于有限的势垒，棒能够交叉。这个模型使我们能够有效地模拟系统的自推进杆，有效地在二维移动，但偶尔可以逃脱到第三维，以通过对方。我们的准二维自推进粒子描述了一类活跃的系统，其中包括microswimmer靠近墙壁和细丝推进基板上。利用蒙特卡罗模拟，我们首先确定了被动棒的各向同性相变。使用布朗动力学模拟，我们的特点团簇形成的自推进棒作为一个功能的推进强度，噪音，和能量障碍。与具有无限势垒的棒相反，推进强度的增加不仅有利于对准，而且有效地降低了阻止棒交叉的势垒。因此，我们找到了一个集群窗口，在中等推进强度的最大集群大小。
2014-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Understanding Collective Dynamics of Soft Active Colloids by Binary Scattering
在主动推进的粒子系统中，集体运动是在非常局部的尺度上通过由少数粒子组成的相干运动单元的成核而触发的。这些单位随着时间的推移而生长和合并，最终形成一种长距离有序的、连贯移动的状态。到目前为止，还没有自下而上的理解如何微观动力学和组分之间的相互作用与系统的有序不稳定性。在本文中，我们研究了一类模型的推进胶体允许明确治疗的微观细节的碰撞过程。具体地说，模型方程是牛顿运动方程，具有用于粒子的驱动力、耗散力和相互作用力的单独的力项。针对稀粒子系统，我们分析了这些模型的二元散射行为，并基于微观动力学确定了相应的碰撞规则，即，碰撞前速度和碰撞参量对碰撞后速度的映射。通过研究二进制散射，我们还发现，所考虑的模型为活性胶体共享相同的平行对齐的原则：第一个传入的粒子（相对于碰撞中心）是对齐的第二个粒子作为相遇的结果。这种行为与非驱动耗散气体中的取向明显不同。此外，所获得的碰撞规则本身作为一个出发点，以确定相边界的长程有序，相干移动状态的应用动力学理论推进粒子系统。碰撞规则的微观起源提供了一个机会，通过与多粒子模拟的直接比较，定量地审视动力学理论对推进粒子系统的预测。
2013-10-23 cond-mat.soft
Nonequilibrium glassy dynamics of self-propelled hard disks
我们分析了集体动力学的自推进粒子在大密度制度被动粒子进行动力逮捕到一个无定形的玻璃态。我们捕获的竞争之间的自推进和拥挤的影响，使用一个二维模型的自推进硬盘，我们研究使用蒙特卡罗模拟。虽然活动驱动系统远离平衡，自推进粒子进行动力学逮捕，我们详细描述和比较其平衡对应。特别是，动态逮捕的临界密度不断转移到更大的密度，随着活动的增加，和松弛时间是令人惊讶的，以及描述的代数发散产生的高度集体动力学的出现。这些结果表明，活性粒子的致密组件进行非平衡玻璃化转变，这是深刻的影响，自推进机制。
2014-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Order-disorder transition in repulsive self-propelled particle systems
我们研究的集体动力学排斥自推进粒子。粒子由耦合的运动方程控制，包括极性自推进、速度和极性阻尼、排斥性粒子-粒子相互作用和确定性动力学。粒子动力学模拟表明，具有大的密度波动的集体相干运动自发地出现从无序，各向同性状态。在极性旋转阻尼较强的参数区域，系统在亚稳态无序状态下经过一段等待时间后，突然转变为吸收有序状态。为了对集体行为的机制有一个简单的理解，我们分析了二元粒子的散射过程。我们表明，这种方法正确地预测在稀极限的有序-无序转变。同样的方法扩展到有限密度，虽然它不同意从多粒子模拟的结果，由于多体相关性和密度波动。
2016-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Oscillatory chiral flows in confined active fluids with obstacles
一个活跃的胶体流体组成的自我推进的自旋粒子注入能量和角动量在微观尺度上展示了自发的集体状态，范围从羊群相干涡旋。尽管它们看起来很简单，但这些流体的远离平衡的行为仍然知之甚少，这对下一代活性材料的设计和控制提出了挑战。当被限制在环中时，一旦自发流动选择了方向，这种所谓的极性活性流体就获得了手性。在一个完美的环中，这种手性是无限长的。在这里，我们结合实验的自推进胶体昆克辊和介观模拟的连续Toner-Tu方程，探索如何这样的手征状态可以控制和操纵的障碍。对于不同的障碍物几何形状的三个动态稳定状态已被实现：长寿命的手征流，非极性状态，其中的流分裂成反向旋转的涡流和非常规的集体状态与流具有振荡的手征。通过在障碍物附近形成间歇性的涡旋链，进行手性反转。我们证明了具有振荡手征性的集体态的频率可以通过障碍物参数来调节。我们通过改变障碍物的形状来设计与初始条件无关的手征态。基于我们的研究结果，我们实现了一个系统，两个三角形的障碍物，迫使活性流体的状态与密度不平衡的活性粒子在整个环。我们的研究结果表明，如何自发极性活性流结合散射体的大小和几何形状可以用来控制材料设计的极性活性液体的动态图案。
2020-10-27 cond-mat.soft
Pattern formation and phase transition in the collective dynamics of a binary mixture of polar self-propelled particles
研究了具有不同运动特性的极性自推进粒子（SPPs）混合物的集体行为。二元混合物由固定速度$v_s$的慢速移动SPP（sSPP）和固定速度$v_f$的快速移动SPP（fSPP）组成。这些SPP通过短程相互作用相互作用，而不管它们的类型。它们在外部噪声$η$的影响下遵循类似于Vicsek模型（VM）的某些位置和速度更新规则移动。在不同的$v_f$值下研究该系统，对于固定的密度$ρ=0.5$，保持$v_s=0.01$恒定。不同的相位分离的集体模式，出现在系统中的一个广泛的噪声$η$的特点。发现fSPP和sSPP在稳态下是取向相位同步的。我们研究了一个取向有序无序转变的角度噪声$η$和确定的临界噪声$η_c$不同的$v_f$。有趣的是，这两个物种对于$v_f<100v_s$表现出连续转变，而对于$v_f>100v_s$表现出不连续转变。一组新的临界指数确定的连续过渡。然而，二元模型被发现是非普适的临界指数的值取决于速度。研究了相互作用半径对系统行为的影响。
2022-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective motion of binary self-propelled particle mixtures
在这项研究中，我们调查的现象，集体运动的二元混合物的自推进粒子。我们考虑两种粒子，每种粒子都由以恒定速度推进的点状物体组成。在每个物种中，粒子试图实现其速度矢量的极性对齐，而我们分析的情况下，首选的极性，反平行，以及不同物种的粒子之间的垂直对齐。我们的重点是两个物种之间的相互作用的阈值密度的发病集体运动和发病以上的解决方案的性质上的效果。为此，我们从粒子图像中合适的朗之万方程开始，从中我们导出Fokker-Planck型的平均场方程，最后导出宏观连续场方程。我们进行粒子模拟的朗之万方程，线性稳定性分析的福克-普朗克和宏观连续方程，我们数值求解福克-普朗克方程。这两个，空间均匀和非均匀的解决方案进行了研究，后者对应于条纹状的集体移动粒子群。在一般情况下，两个物种之间的相互作用降低了阈值密度为每个物种的集体运动的发病。然而，这种相互作用也降低了条纹状絮凝物的空间组织。最有趣的行为被发现的情况下，不同物种之间的首选垂直排列。在那里，在每个粒子种类内，速度矢量的极性和真正的非极性取向排序之间发生竞争。最后，取决于不同种类的颗粒的排列规则和在颗粒密度的一定范围内，可以发现两种颗粒种类的相同和反转的空间密度分布。
2012-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Clustering of Self-Propelled Triangles with Surface Roughness
自推进颗粒可以在称为运动诱导相分离的过程中从稀悬浮液自发地形成致密相。所形成的非平衡结构的性质由粒子相互作用的细节和活动的强度决定。到目前为止，对这些结构形成的大多数研究都集中在具有各种相互作用势的球形胶体、哑铃和棒状颗粒上。只有少数研究已经检查了更复杂的颗粒形状的集体行为。在这里，我们增加了几何复杂性，并使用分子动力学模拟来考虑由表面粗糙的三角形自推进粒子形成的结构。这些三角形要么向其顶点移动，要么向其底部移动，即，它们具有极性。我们发现，顶点定向三角形集群更容易，更稳定，并有一个更平滑的集群接口比他们的基地定向同行。两种极性之间的差异与[H. H. Wensink等人，E89，010302（R）（2014）]，然而，当涉及到聚类时，我们获得了相反的结果，即顶点定向的颗粒更容易聚类。我们进一步表明，减少表面粗糙度的基础导向结构的稳定性产生负面影响，这表明它们的形成在很大程度上是由于表面粗糙度。我们的研究结果奠定了坚实的基础，为未来的实验和计算研究粗糙度对游泳运动员的集体动力学的影响。
2016-09-07 cond-mat.soft
Hysteresis, reentrance, and glassy dynamics in systems of self-propelled rods
非平衡态活性物质是由具有短程排斥相互作用的自驱动粒子组成的一个非常有用的小系统，它具有集体运动和非平衡态有序-无序转变的特点，是研究活性物质的一个很好的方法。我们研究了大长径比自推进杆在很宽范围内的填充分数和驱动，以确定非平衡状态图和动态特性。植绒和向列线状态占据了大部分的参数空间。在植绒状态的平均内部压力高，结构和机械松弛时间长，这表明，杆在羊群中的平移玻璃态，尽管整体羊群运动。相比之下，向列线状态显示出类似流体的行为。植绒状态占据的状态图的区域在低和高包装分数分离向列型laning在低驱动和一个历史相关的区域在较高的驱动;向列型laning状态过渡到植绒状态的压缩和膨胀。我们建议，Laning-flocking转变是一种玻璃化转变，与其他玻璃形成系统相比，可以显示流化密度的增加。流体内部动力学和向线状态的弹道输运可能促进杆状微生物的集体动力学。
2015-09-25 cond-mat.soft
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
Collective Vortical Motion and Vorticity Reversals of Self-Propelled Particles on Circularly Patterned Substrates
通过对极化和不相交的环状聚合物的粗粒分子动力学模拟，研究了自推进粒子在圆形图案化基底和圆形约束共同作用下的集体行为.该研究是在广泛的范围内的值的SPPs包装分数$\barϕ$，运动力$F_D$，和面积分数的图案化区域。在低包装分数，SPPs被排除在系统的中心，并表现出由基板在$F_D$的中间值占主导地位的旋涡运动。该禁区是由于驱动力和由基板引起的扭矩之间的耦合，其引起SPP的向外螺旋运动。对于高值的$F_D$，从中心的SPPs排除是由限制边界。在高值的$\barϕ$，衬底图案导致反转的涡，这成为准周期性的增加$\barϕ$。我们还发现，基板图案是能够分离的SPP基于他们的motilities。
2023-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Collective Dynamics of Self-propelled Semiflexible Filaments
本文利用自驱动蠕虫状链模型研究半柔性丝状体的集体动力学，发现通过调节弯曲刚度、活性和长径比可诱导出包括螺旋相、团簇相和活性湍流等多种非平衡相态，为组织活性物质提供了可调稳态参考。
2018-02-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Collective behavior of Vicsek particles without and with obstacles
在我们的工作中，我们已经研究了一个二维悬浮液的有限大小的Vicsek硬盘，其时间演化遵循事件驱动的动态之间的后续时间步骤。在比较了它的集体行为与一个系统的标量Vicsek点状粒子的预期，我们分析了考虑两种可能的弹跳规则之间的磁盘：Vicsek规则和伪弹性的，专注于有序无序过渡的效果。接下来，我们已经添加到硬盘Vicsek粒子的二维悬浮盘状被动障碍物的两种类型：要么固定在空间或移动根据相同的事件驱动的动力学。我们已经进行了详细的分析粒子的集体行为观察到的固定和移动的障碍。在固定的障碍物的情况下，我们已经观察到在低噪声下形成的集群，与以前的研究一致。当使用移动的被动障碍物时，我们发现，随着障碍物阻力的增加，主动粒子的顺序被更好地破坏。在无阻力极限下，发现了一个有趣的结果：在某些情况下，低阻力被动粒子的引入可以导致主动植绒粒子比它们在本体中显示的更有序的状态。
2019-11-23 cond-mat.soft
Distinguishing Advective and Powered Motion in Self-Propelled Colloids
具有催化作用的胶体粒子的自驱动运动提供了一个令人信服的活性物质的例子，即远离平衡的单粒子和集体行为的系统。这类系统的长时间、长距离行为特别令人感兴趣，因为它将它们各自的微观行为与宏观现象联系起来。在这类分析中，必须区分由细微的平流效应引起的运动-这种效应也有很长的时间尺度和长度尺度-和由内在动力运动引起的现象。在这里，我们开发了一种方法来分析动力胶体的平移和旋转运动的统计特性，以区分，例如，主动趋化性从被动平流散装流量。
2017-09-17 cond-mat.soft
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
Traveling Fronts and the Smoothing of the Collective-Motion Phase Transition in Vibrated Polar Disks
本研究通过极性振动盘实验发现集体运动相变呈连续型，指出其与大系统非连续相变的差异源于有限尺寸效应，揭示了该效应在自驱动粒子系统中的核心作用。
2024-06-19 cond-mat.soft
Collective behavior of self-propelled rods with quorum sensing
活性剂-如运动性测定中的泳动颗粒、细菌、精子和细胞骨架丝-显示出多种多样的运动性诱导的集体行为，如聚集、聚集和相分离。在生物膜形成过程中，泳动颗粒和细菌的致密悬浮液的行为由两种主要的物理机制决定：（i）体积排阻（短程空间排斥）和（ii）群体感应（由于局部化学环境的改变而导致的较长距离的减少的推进）。为了系统地表征这样的系统，我们研究半穿透自推进杆在两个维度上，与推进力，随着当地杆密度的增加，采用布朗动力学模拟。体积排斥和群体感应都导致相分离，然而，结构和杆动力学有很大的不同。群体感应增强了团簇的极性，诱导了团簇边缘的杆状细胞的非对称性，并增强了团簇形成。对于系统，其中杆在高密度下基本上变得被动，观察到星状和条纹的形成。与具有较小纵横比的杆相比，具有较大纵横比的杆系统显示出更有序的结构，这是由于它们具有更强的对齐，具有几乎圆形的星状结构，以获得强烈的密度依赖性推进力。随着群体感应相互作用范围的增大，局域密度减小，星状结构变得不稳定，并出现极性刺猬簇和具有结构域的簇。我们的研究结果表征结构的形成和动力学由于两个质量不同的相互作用机制，空间位阻和群体感应，这两个相关的工程泳微泳以及生物膜形成的细菌的竞争。
2018-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self-Propelled Rods: Insights and Perspectives for Active Matter
广泛的实验系统，包括滑行，群集和游泳的细菌，体外运动性测定以及摇动颗粒介质通常被描述为自推进杆。这些实体的大量集合显示了各种各样的自组织集体现象，包括移动的极团、极和极动力带、迁移率引起的相分离、拓扑缺陷和中尺度湍流等的形成。在这里，我们给出了一个简短的调查的实验观察和审查的理论描述自推进杆。我们的重点是紧急斑图形成的合奏干自走棒受短程，接触介导的相互作用和他们的湿同行，也受到远程流体动力学流。总而言之，自推进棒提供了一个总体主题，涵盖了活性物质的许多方面，包含充分探索的限制情况。它们的集体行为不仅连接了已充分研究的极性自推进粒子和活性向列相分子的机制，包括活性相分离，而且还揭示了丰富多样的新模式。
2019-11-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Aggregation of self-propelled colloidal rods near confining walls
利用布朗动力学和动力学密度泛函理论研究了封闭通道中自推进胶体棒的非平衡集体行为。我们观察到一个聚集的过程中，杆自组织成瞬态堵塞集群在通道壁。在这个过程的早期阶段，形成了快速增长的刺猬状集群，它们基本上是不动的。在后期阶段，这些簇中的大多数溶解并移动成滑动通过壁的线化聚集体。
2008-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple and faithful nonlinear field equations for aligning self-propelled rods
我们推导出一组最小但完整的非线性场方程描述的集体性质的自推进棒从一个简单的微观出发点，Vicsek模型与cross-alignment。线性和非线性动力学分析表明，与原来的微观模型吻合得很好。特别是，我们推导出一个明确的表达式，形成密度隔离，带状的解决方案，使我们能够开发一个更完整的分析图片的问题在非线性水平。
2012-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inertial effects of self-propelled particles: from active Brownian to active Langevin motion
通过将能量转化为机械运动而自我推进的活性粒子代表了物理学和化学中不断扩展的研究领域。对于在液体中运动的微米级颗粒（“微泳者”），大多数基本特征已经用过阻尼主动布朗运动模型来描述。然而，对于在气体中移动的宏观颗粒或微粒，惯性效应变得相关，使得动力学是欠阻尼的。因此，最近，通过将主动布朗运动模型扩展到包括惯性的主动朗之万动力学，描述了具有惯性的主动粒子。在这篇透视文章中，总结了具有惯性的活性粒子（“微飞体”）的单粒子特性和许多粒子的集体效应的最新发展。其中包括：粒子速度和自推进方向之间的惯性延迟效应、由转动惯量对长时间自扩散的调谐、非惯性系中的虚拟力效应以及惯性对运动诱导相分离的影响。还提出和讨论了未来可能的发展和前景。
2019-10-30 cond-mat.soft
Collective motion of driven semiflexible filaments tuned by soft repulsion and stiffness
在活性物质系统中，自推进的粒子可以自组织进行集体运动，导致持续的动力学行为脱离平衡。在细胞中，细胞骨架丝和运动蛋白自组织成对细胞力学、运动和分裂重要的复杂结构。细胞骨架系统的集体动力学可以使用细丝滑动实验重建，其中细胞骨架细丝由表面结合的马达蛋白推动。这些实验已经观察到不同的动力学状态，包括集群，极性流，和单丝螺旋。最近对微管和驱动蛋白马达蛋白的实验发现，通过改变溶液中拥挤大分子甲基纤维素的浓度，可以调节微丝的集体行为。增加甲基纤维素浓度减少长丝交叉，促进对齐，并导致从活跃的，各向同性取向的长丝局部对齐极性流的过渡。这种集体运动的出现通常被解释为由活跃的极性粒子的Vicsek型模型的排列相互作用的增加。然而，空间相互作用和抗弯刚度如何改变活性细丝的集体行为还不清楚。我们使用可调软排斥和刚性的驱动细丝的模拟，以更好地理解细丝柔性和空间效应之间的相互作用如何导致不同的主动动态状态。我们发现，增加细丝刚度降低细丝排列的概率，但增加集体运动和长程序，与Vicsek型模型的假设相反。除了排斥和驱动之外，调节细丝刚度可以促进集体行为，并且控制活性各向同性细丝、局部对齐的絮凝物和极性流之间的过渡。
2020-05-16 cond-mat.soft
Collective Behavior of Intelligent Active Brownian Particles in the Presence of a Static Obstacle
Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度技术学院布巴内斯瓦尔分校）；University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学）
本研究通过模拟发现，基于视觉感知的智能活性布朗粒子在静态障碍物下，其边界聚集随活性增加而减少，且扩散系数非单调变化，驻留时间大幅缩短，可用于复杂环境中的粒子控制。
2026-09-14 cond-mat.soft
Non-equilibrium clustering of self-propelled rods
出于在滑翔细菌聚集现象，我们研究集体运动的二维模型的积极，自我推进杆相互作用，通过体积排阻。在对单个颗粒的模拟中，我们发现足够大的堆积分数（eta）或长宽比（kappa）有助于颗粒聚集。在模拟中的集群的过渡是很好地捕捉到的集群大小分布的平均场模型，它预测的过渡值kappa_c的纵横比为固定的包装分数是由kappa_c = C/eta - 1，其中C是一个常数。
2006-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropons as collective excitations in active solids
本研究针对活性晶体非平衡稳态的振动动力学问题，提出由活性产生、与声子共存且强自驱动下占优的熵振子概念，可通过胶体、颗粒活性物质及生命系统实验验证。
2022-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Trapping flocking particles with asymmetric obstacles
可以利用不对称障碍物来引导运动并诱导运行和翻滚颗粒的分选。在这项工作中，我们表明，植绒粒子遵循Vicsek模型对齐规则的经验集体捕获的存在下，由人字形的漏斗壁，集中在漏斗壁的相对侧比运行和翻滚的粒子。植绒粒子可以被完全捕获或表现出动态捕获行为，这两个制度打开了大门，一个系统的设计与两个垂直流动的活性粒子。这项系统的研究拓宽了我们对封闭环境中微生物集体运动出现的理解，并指导了能够控制这些集体行为的新型微流体装置的设计。
2019-11-29 cond-mat.soft
Glassy dynamics of athermal self-propelled particles: Computer simulations and a nonequilibrium microscopic theory
我们结合计算机模拟和分析理论来研究在自推进的唯一影响下演化的无热粒子的致密组装体中的玻璃态动力学。模拟结果表明，当自推进粒子的持续时间增加时，局部结构变得更加明显，而长时间动力学首先加速，然后减慢。这些看似矛盾的演变解释通过构建一个非平衡模式耦合的相互作用自推进粒子的理论。为了预测集体动力学，理论需要定态结构因子和定态局部速度相关。它产生非平凡的预测与模拟定性一致的自推进粒子的玻璃动力学。
2015-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Hydrodynamics of self-propelled hard rods
出于最近的模拟和实验上的滑翔细菌聚集，我们研究了一个模型的集体动力学的自推进硬棒在基板上的两个维度。杆具有有限的尺寸，通过排除体积相互作用，并且它们的动力学通过与衬底的相互作用而过阻尼。从含非热噪声源的微观模型出发，导出了系统的连续描述。流体动力学方程，然后用来表征可能的稳定状态的系统和它们的稳定性作为一个功能的颗粒包装分数和自推进速度。
2007-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Depletion forces on circular and elliptical obstacles induced by active matter
利用数值模拟方法研究了自推进粒子对圆形和椭圆形被动目标的耗尽力。我们表明，浴的活性粒子可以诱导排斥力和吸引力是敏感的被动对象（无论是水平或垂直椭圆）的形状和方向。被动物体上的合力，由于主动粒子的被动物体的形状和方向，角度噪声的大小，被动物体之间的距离的函数进行了研究。通过增加障碍物之间的距离，排斥损耗力的大小增加，只要这样的距离小于一个活性颗粒直径。对于较长的距离，力的大小总是随着距离的增加而减小。我们还发现，吸引力可能会出现在足够高的面积分数的垂直椭圆。
2016-11-18 cond-mat.soft
Curvature-Controlled Geometrical Lensing Behavior in Self-Propelled Colloidal Particle Systems
在许多生物系统中，细胞赖以生存的表面的曲率会影响它们的集体性质。曲率同样会影响活性胶体颗粒的行为。我们使用分子模拟的自推进活性粒子表面的高斯曲率（正和负），曲率的符号和幅度可以改变系统的集体行为。曲率作为一个几何透镜和移动的临界密度的motility-induced相分离（MIPS），以较低的值为正曲率和较高的值为负曲率，这是我们在理论上解释的球面和双曲空间中的平行线的性质。曲率也流化致密MIPS集群由于出现的缺陷模式破坏集群内部的晶体秩序。利用我们的研究结果，我们设计了三个限制表面，战略性地结合不同曲率的区域，以产生一系列新颖的动态相位，包括循环MIPS的spherocylinders，波状MIPS的spherocones，和集群波动的metaballs。
2022-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
