What exactly is 'active matter'?
本文针对活性物质研究快速发展但定义模糊的问题，梳理了其认知演变，探讨了能涵盖各类活性系统且区别于其他受驱系统的定义，还讨论了活性场论的定义，指出需基于粗粒化视角统一术语用法。
2025-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Emerging mesoscale flows and chaotic advection in dense active matter
本文通过研究二维过阻尼自推进圆盘模型，发现稠密活性流体中由拥挤效应与持续推进竞争所驱动的介尺度混沌平流，揭示了一种区别于其他活性系统集体流动的新型活性湍流。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Model H: Scalar Active Matter in a Momentum-Conserving Fluid
我们提出了一个自推进粒子的连续理论，没有对齐的相互作用，在动量守恒的溶剂。为了解决相分离，我们引入了一个标量浓度场$ϕ$与对流扩散动力学。活动产生对偏应力的贡献$Σ_{ij}=-ζ((\partial_iϕ)(\partial_jϕ)-(\nablaϕ)^{2}δ_{ij}/d)$，其中$ζ$在时间反演下是奇数，而$d$是空间维数;这导致对收缩性游泳者为负的有效界面张力贡献。我们预测，域的增长，然后停止在扩散粗化的界面的主动拉伸平衡的长度尺度，并确认这一数字。因此，即使没有排列相互作用，活动和流体动力学的相互作用也是非常重要的。
2015-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hydrodynamics of Active Lévy Matter
集体运动通常在活性流体的框架内建模，其中组成活性颗粒，当与其他颗粒的相互作用被关闭时，长时间进行正常扩散。然而，在生物学中，单粒子超扩散和胖尾位移统计也很普遍。表现出这种异常扩散动力学的相互作用系统的集体性质，我们称之为活性Lévy物质，不能被当前的活性流体理论所捕获。在这里，我们制定了一个流体动力学理论的活性Lévy物质的粗粒化的微观模型对齐极性活性粒子，执行超扩散类似于Lévy航班。应用线性稳定性分析的流体动力学方程在集体运动的发病，我们发现，在其传统的对应，有序无序过渡可以成为关键。然后，我们估计相应的临界指数的有限尺寸标度分析的数值模拟。我们的工作突出了活性物质中的新颖物理学，它集成了异常扩散运动和粒子间相互作用。
2020-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
A review of active matter reviews
本文针对快速增长且高度多样化的主动物质领域，以元综述形式调查了超过600篇现有综述文章，为各子学科提供了系统性概述和文献检索起点。
2024-05-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hydrodynamics of thermal active matter
本文利用Schwinger-Keldysh有效场论建立热活性物质的流体动力学框架，揭示活性贡献源于时间平移对称性破缺，并推导了活性超流体和向列相的有效作用量与输运系数。
2025-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
Active-Matter Battery
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University（北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室）
本文提出一种最小活性物质电池模型，解析其充放电特性，发现考虑活性维持成本时，充电功率-效率权衡呈环状且效率有有限时间最大值，区别于被动设备。
2026-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Physics of Smart Matter: integrating active matter and control to gain insights into living systems
我们提供我们的意见，从活性物质物理学的见解与监管互动和控制的原则，以开发一个领域，我们称之为“智能物质”的整合的好处。该领域可以提供对生命系统中重要原则的深入了解，以及对响应，强大和功能性集体的援助工程。
2023-02-01 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Engineering reconfigurable flow patterns via surface-driven light-controlled active matter
表面驱动的流动在自然界中是普遍存在的，从亚细胞胞质流动到器官规模的纤毛阵列。在这里，我们的模型如何限制几何形状可以用来工程复杂的流体动力学模式驱动的活动仅在边界上规定。具体来说，我们模拟光控表面驱动的活性物质，探测的新兴性质的悬浮液的活性胶体，可以绑定和解除绑定预先图案化的表面的一个封闭的微室，一起创建一个积极的地毯。附着的胶体产生大规模的流动，这反过来又可以将分离的颗粒向壁平流输送。切换粒子速度与光，我们的程序的主动悬浮和展示了丰富的设计空间的流动模式，其特征在于拓扑缺陷。我们推导出可能的模式结构，并使用此理论来优化不同的微流体功能，包括流体动力学分区和混沌混合。我们的研究结果为设计和控制表面驱动的活性流体铺平了道路。
2020-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The statistical physics of active matter: from self-catalytic colloids to living cells
这些课堂讲稿的目的是提供对活性物质现象学的简要介绍，并介绍一些用来合理化活性系统涌现行为的分析工具。这样的系统是由相互作用的代理人能够提取存储在环境中的能量，以产生持续的定向运动。能量到机械功的局部转换使系统远离平衡，产生新的动力学和相。新兴的现象可以根据活跃粒子的对称性和微观相互作用的类型进行分类。我们在这里集中在空间和对齐的相互作用，以及形状变化驱动的相互作用。我们提出的模型都是受到合成，仿生或生命系统的实验实现的启发。基于最小的成分，他们是为了带来一个简单的和综合的理解复杂的现象学的活性物质。
2017-12-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Multi-scale statistics of turbulence motorized by active matter
许多微尺度的生物流动具有时空混沌的特征。这些包括游动细菌的稠密悬浮液，由马达蛋白驱动的微管束，以及分裂和迁移的汇合细胞层。所有这些系统的一个共同特征是它们负载有活性物质，该活性物质将流体中的自由能转化为动能。由于集体效应，活性物质引起多尺度流动运动，这些运动在视觉上与湍流非常相似。在这项研究中，多尺度统计工具分析直接数值模拟（DNS）的周期性的两个（2D）和三维（3D）的活动流，并比较它们与经典的湍流。在物理空间和光谱空间中提供了流量及其随活动水平变化的统计描述。使用小波进行尺度相关的不确定性分析。结果表明，主动和高雷诺数湍流之间的根本差异，例如，在主动流的不稳定性较小，能量较低，和工作的主动应力是光谱施加附近的积分尺度和耗散主要是局部的粘度，对流跨尺度的动量输运中起着次要的作用。
2017-05-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Deciphering long-range order in active matter: Insights from swimming bacteria in quasi-2D and electrokinetic Janus particles
本文综述了活性物质系统中二维长程取向有序的理论描述与实验进展，对比了游动细菌和电动Janus粒子等微游动系统中的数值、理论与实验结果，并探讨了该领域的未来挑战。
2023-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Irreducible Representations Of Oscillatory And Swirling Flows In Active Soft Matter
最近的实验成像流体流动周围游动的微生物揭示了复杂的时间依赖性的速度场，定性不同于通常采用的应力流理论描述的活性物质。在这里，我们得到了最一般的流动周围的一个有限大小的活动粒子展开的表面应力在不可约的笛卡尔张量。这种膨胀，其第一项是应力波，必须包括，分别，第三阶极性和轴向张量，以最小限度地捕捉关键功能的主动振荡流周围的翻译衣原体和旋转团藻周围的主动旋流。该表示提供了连续体主动应力的不可约对称、反对称和各向同性部分的显式表达式。反对称主动应力不守恒轨道角动量，因此我们的工作表明，自旋角动量是必要的，以恢复角动量守恒的连续流体动力学描述的活动软物质。
2014-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Viscoelastic control of spatiotemporal order in bacterial active matter
活性物质由通过消耗能量产生机械功的单元组成。实例包括生命系统，例如细菌和生物组织的组装体、由分子马达驱动的生物聚合物以及合成自推进颗粒的悬浮液。该领域的一个中心问题是理解和控制空间和时间中活动集合体的自组织。大多数主动系统表现出空间秩序介导的相互作用，协调的空间结构和运动的活性剂或个人振荡动力学的时间同步。同时控制空间和时间组织更具挑战性，通常需要复杂的相互作用，如反应扩散层次或基因工程细胞电路。在这里，我们报告了一种新的和简单的手段，同时控制空间和时间的自组织细菌活性物质。通过限制活性细菌悬浮液和操纵一个宏观参数，即悬浮流体的粘弹性，我们发现细菌流体首先在空间中自组织成毫米级的旋转涡旋;然后显示时间组织作为巨大的涡旋切换其全球手性周期性与可调频率，让人想起扭摆-一个自驱动的。结合实验与活性物质模型，我们解释了这一惊人的行为之间的相互作用，积极迫使和粘弹性应力松弛。我们的研究结果推进了对复杂流体中细菌行为的理解，并首次通过实验证明流变学特性可以用来控制活性物质流动。与驱动相结合，我们的可调自振荡细菌涡旋可以用作软机器人运动和微流体泵送的“时钟”。
2020-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Noise-driven odd elastic waves in living chiral active matter
本文揭示噪声是过阻尼活性系统中产生持续奇数弹性波的必要条件，并给出了发生判据和相图，为实验实现自持弹性波提供了理论预测。
2025-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active matter in a viscoelastic environment
活性物质系统，如真核细胞和细菌，不断地将化学能转化为运动。因此，生命系统对它们所处的复杂环境施加积极的压力。这种复杂性的一个反复出现的方面是围绕生命系统的介质的粘弹性：细菌分泌它们自己的粘弹性细胞外基质，并且细胞在胶原的粘弹性网络内不断变形、增殖和自我推进。因此，必须了解活性物质如何改变粘弹性流体，以及如何被粘弹性流体改变。在这里，我们提出了一个两相模型的活性物质，动态地与被动的粘弹性聚合物相相互作用，并在两个维度进行数值模拟，以说明其适用性。最近的实验的动机，我们首先研究的抑制细胞分裂的粘弹性介质周围的细胞。我们进一步表明，模型角膜细胞的自推进被修改的聚合物松弛周围的粘弹性流体在一个不均匀的方式，并发现，增加聚合物粘度有效地抑制细胞的运动。最后，我们探讨了阻碍影响的粘弹性介质上的通用流体动力学不稳定性的活性向列相通过模拟动态的聚合物流体内的活性条纹。这里提出的模型可以为研究更复杂的动力学，如多细胞生长系统与粘弹性环境的相互作用提供一个框架。
2020-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Topological defects in polar active matter
Njord Centre, Department of Physics, University of Oslo（奥斯陆大学物理系诺尔德中心）；Department of Microbiology, Oslo University Hospital（奥斯陆大学医院微生物系）
本文综述了极性活性物质（如动物群、运动细胞聚集体和活性胶体）中全整数拓扑缺陷的实验观察和理论进展，揭示了这些缺陷如何介导动态转变并促进大规模相干态的自发涌现。
2025-04-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Chirality, confinement and dimensionality govern re-entrant transitions in active matter
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究所莫哈利分校）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；University of Vermont（佛蒙特大学）；Institute of Physics（物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）
本研究揭示了手性、约束与维度如何共同决定活性物质中重新进入相变，通过解析框架和模拟分析，展示了不同维度下活性态与被动态的转变机制及实验特征。
2025-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Lévy Matter: Anomalous Diffusion, Hydrodynamics and Linear Stability
异常扩散，表现为非线性时间演化的位置均方位移，和/或非高斯特征的位置统计，是普遍存在于生物运输过程。同样地，集体行为也经常被观察到自发地出现在生物系统中运动单位之间的相互作用中。在最近对鸟群、鱼群和细菌群进行的实验中发现了可以同时观察到这些现象的例子。这些结果提出了一个有趣的问题，这不能解决现有的理论活性物质：如何是这些系统的集体运动的影响，由异常扩散的组成单位？在这里，我们回答了这个问题的微观模型的活性Lévy物质-一个收集的活性粒子，执行超扩散类似于Lévy飞行和相互作用，促进极性对齐的方向。详细推导了该模型的流体动力学运动方程，从这些方程中得到了无序或有序状态的判据，并在集体运动开始时对这些状态进行了线性稳定性分析。我们的分析表明，无序有序相变在活性Lévy物质是关键的，在普通的活性流体的相变，而不是，一阶。相应地，我们估计的临界指数的过渡有限尺寸标度分析，并使用这些数值估计，我们的研究结果与已知的普适性类。这些结果突出了新的物理所表现出的活性物质集成异常扩散单粒子运动和粒子间的相互作用。
2020-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Super-Gaussian, super-diffusive transport of multi-mode active matter
活细胞表现出多模式运输，在主动的、自推进的运动和看似被动的、随机的运动之间切换。转运模式转换的细胞决策是一个随机过程，它依赖于调节细胞迁移过程的细胞内化学网络的动态。本文提出了多模活性物质的理论和精确可解模型。我们精确的模型研究表明，被动模式和主动模式之间的可逆转换是异常的，超高斯输运动力学，这已被观察到在各种实验中的多模活性物质的起源。我们还提出了我们的模型的推广，包括复杂的多模物质与任意的内部状态化学动力学和内部状态依赖的传输动力学。
2017-08-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coarsening of topological defects in 2D polar active matter
本研究数值模拟二维极性活性物质中拓扑缺陷的粗化，发现缺陷非零密度稳态、幂律衰减及活性诱导的拓扑电荷屏蔽，并验证相关稳态图案及其生物学意义。
2023-12-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A Drop of Active Matter
本文从理论上研究了放置在固体表面上的含有取向细丝的液滴的流体动力学。主动应力改变定性的润湿性能的下降，导致新的传播规律和新颖的静态液滴形状。用于测试我们的预测的候选系统包括具有马达和ATP的细胞骨架提取物、细菌或脉动细胞的悬浮液或充满人工自推进胶体的流体。
2012-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Direct evaluation of rare events in active matter from variational path sampling
活性物质代表了一大类系统，由于能量的局部注入，这些系统远离平衡而演化。像它们的被动类似物一样，活性物质中不同亚稳态之间的转换通过罕见的波动进行，然而它们的细致平衡破坏动力学使得这些事件难以研究。在这里，我们提出了一种模拟方法，用于评估罕见的事件在一般的非平衡系统的速率和机制，并将其应用于研究的被动溶质在主动流体的构象变化。该方法采用变分优化的控制力，使罕见的事件是一个典型的，提供一个精确的估计其速率的路径配分函数的比率。使用这种方法，我们发现，增加活性浴中的活性可以提高被动溶质的构象转换率的方式与最近的边界从随机热力学一致。
2021-12-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Geometry-Induced Dynamics of Confined Chiral Active Matter
该研究针对手性活性物质中物理约束与手性运动的相互作用机制不明确的问题，通过对圆形边界下的手性自驱动粒子开展数值模拟，发现粒子手性会显著改变受限集体运动形式，且取向变化平衡是有序运动的关键，明确了位阻边界效应对手性活性物质的调控作用。
2023-07-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Intermittent Attractive Interactions Lead to Microphase Separation in Non-motile Active Matter
非运动的活性物质表现出广泛的非平衡集体现象，但文献中的例子非常缺乏。我们提出了一个微观模型的灵感来自细菌{ \it脑膜炎奈瑟氏菌}，其中扩散剂感觉间歇性的吸引力。通过一个正式的粗粒化程序，我们表明，这个真正的标量模型的活性物质表现出时间反演对称性破缺条款定义的{ \it活动模型B+}类。特别是，我们确认微相分离的存在下，通过数值求解动力学方程。我们表明，开关速率控制的相互作用提供了一个调节机制，调整典型的集群大小，例如，在通过IV型菌毛相互作用的细菌种群。
2022-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous stable rotation of flocking flexible active matter
本文提出 n 节点柔性活性物质模型，揭示二维无约束个体集群时由身体排列手性与活性力共同驱动的自发稳定旋转，并量化角速度与手性的线性关系。
2023-08-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Computational models for active matter
已经开发了各种计算模型来描述不同长度和时间尺度的活性物质。从微观尺度上的分子马达和细胞骨架丝到宏观尺度上的动物群体，活性物质的建模方法和挑战的多样性主要源于它们的非平衡特性、多尺度特性、非线性和多体相互作用。在目前的审查中，各种建模方法和数值技术的地址，比较，并区分照明的创新和当前的挑战，在理解活性物质。复杂性从干活性物质的最小微观模型向流体中的活性物质的微观模型增加。互补的，粗粒度的描述和连续模型阐明。微观细节往往是相关的，并强烈影响集体行为，这意味着选择一个适当的建模水平是一个微妙的选择，简单的模型强调普遍的属性和详细的模型捕捉特定的功能。最后，目前的方法，以进一步推进现有的模型和技术，以应付现实世界的应用，如复杂的媒体和生物环境，进行了讨论。
2019-10-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Hermitian and non-Hermitian topology in active matter
University of Tsukuba（筑波大学）；The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Pioneering Research institute（理化学研究所先导研究本部）；Institute for Physics of Intelligence（智能物理学研究所）；Universal Biology Institute（综合生物学研究所）；Department of Applied Physics, The University of Tokyo（东京大学应用物理系）
本文探讨了活性物质中Hermitian和非Hermitian拓扑的交叉领域，分析了活性物质与拓扑材料的联系，并讨论了非平衡系统的拓扑扩展。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective temperature of active fluids and sheared granular matter
由自推进粒子的内部活动驱动的活性流体内的动力学是非平衡物理学中深入研究的主题。这些系统已被探索使用模拟，其中被动示踪剂粒子的运动如下。类似的研究已经进行了被动颗粒物质，这是由剪切其边界驱动。在这两种类型的系统的非平衡运动已被量化，通过定义一组“有效温度”，使用示踪粒子动能和波动耗散关系。我们证明，这些有效的温度提取的多体模拟拟合的解析表达式，得到一个单一的活性粒子内的粘弹性流体。这一结果提供了可检验的预测，并提出了一个统一的描述内的动态主动系统。
2018-03-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active matter logic for autonomous microfluidics
化学或光学驱动的活性物质在材料设计中起着越来越重要的作用，但其计算潜力还有待系统地探索。能量消耗和耗散之间的竞争对主动流网络中的信息传输施加了严格的物理约束，促进了尚未很好理解的全局优化策略。在这里，我们结合最近的微生物实验的见解与概念，从晶格场论和非平衡统计力学介绍一个通用的理论框架，活性物质逻辑（AML）。突出与经典和量子计算的概念差异，我们演示了如何利用不可压缩的主动流网络的固有非局部性来构建通用的逻辑运算，Fredkin门和存储器存储在SR锁存器通过同步自组织的许多单独的网络组件。我们的工作为开发由细菌流体、活性液晶或化学工程运动胶体驱动的自主微流体运输装置奠定了概念基础。
2017-05-01 cond-mat.soft cs.ET physics.bio-ph
Designing topological edge states in bacterial active matter
The University of Tokyo（东京大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本研究通过设计微fabricated网络，实现了细菌活性物质中的拓扑边缘态，揭示了其拓扑起源及关键设计因素。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Differential-activity driven instabilities in biphasic active matter
主动应力可导致收缩凝胶和活组织的不稳定性。在这里，我们描述了一个通用的流体力学理论，把这些系统作为一个混合物的两个阶段的不同活动和不同的机械性能。我们发现，相之间的差分活动提供了一种机制，造成分层不稳定。我们遵循的非线性演化的不稳定性和特征所产生的图案的相图。我们的研究补充了混合物中的其他不稳定机制，如差异生长，形状，运动或粘附。
2017-10-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Reinforcement Learning for Active Matter
School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China（物理与电子学院，湖南大学，长沙410082，中国）；Department of Physics, King's College London, London WC2R 2LS, United Kingdom（物理系，伦敦国王学院，伦敦WC2R 2LS，英国）
本综述系统梳理了强化学习（RL）在活性物质领域的应用，围绕单粒子运动策略优化与群集集体动力学调控两大方向展开，为活性物质的研究与多领域应用提供了参考。
2025-03-30 cond-mat.soft cs.LG cs.RO
Crosslinking and depletion determine spatial instabilities in cytoskeletal active matter
由细胞骨架蛋白组成的活性凝胶具有空间自组织和自推进等非平衡性质，是一类有价值的材料。迄今为止，在不同类型的细胞骨架活性凝胶中，至少有四种典型的空间图案化途径：可伸展系统中的弯曲和屈曲不稳定性，以及收缩凝胶中的全局和局部收缩不稳定性。在这里，我们报告的观察这四个不稳定性在一个单一类型的活性凝胶，我们表明，它们是由两个参数控制：ATP和消耗剂的浓度。我们证明，随着ATP浓度的降低，被动电机的浓度增加，直到凝胶经历凝胶化转变。在这一点上，屈曲被选择为对抗弯曲，而整体收缩优于局部收缩。我们的观察结果是一致的粘弹性活性凝胶的流体动力学模型，其中的长丝交联的特征时间，发散的ATP浓度降低。因此，我们的工作提供了一个统一的观点，空间不稳定性的细胞骨架活性物质。
2022-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
TopoSPAM: Topology grounded Simulation Platform for morphogenesis and biological Active Matter
本研究提出拓扑基础的多尺度模拟平台TopoSPAM，整合活性向列凝胶等多种先进模拟方法，可跨尺度确定涌现流动与形状，弥补现有模拟依赖静态形状、拓扑潜力未充分利用的不足，助力形态发生与生物活性物质相关研究。
2025-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Analogies between growing dense active matter and soft driven glasses
我们开发了一个极小模型来描述日益密集的活性物质，如生物组织，细菌菌落和生物膜，这是由粒子分裂和空间排斥之间的竞争驱动。我们提供了一个详细的集体和单粒子动力学的数值分析。我们表明，微观动力学可以被理解为一个仿射径向分量的叠加，由于全球的增长，和一个更复杂的非仿射组件，显示典型的驱动软玻璃材料的功能，如老化，压缩指数衰减的时间关联函数，并从superdiffusive行为在短尺度subdiffusive行为在较大尺度的交叉。出现这种类比是因为微观尺度的颗粒分裂导致了全局膨胀，然后在软驱动玻璃中起到类似于剪切流的作用。我们的结论是，不断增长的致密活性物质和剪切致密悬浮液一般可以描述相同的基本物理。
2020-12-18 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-sustained oscillations of active viscoelastic matter
生物系统中的活性向列相模型通常需要从微观水平上涉及的流体动力学以及系统的粘弹性性质产生的复杂性。在这里，我们表明，一个最小的，空间独立的，模型的基础上的时间对齐的活性和聚合物粒子提供了一个途径来预测和研究其耦合动力学的框架内的动力系统。特别是，我们研究，使用分析和数值方法，这样一个简单的模型可以显示自持振荡的活动驱动的粘弹性剪切流。
2022-06-02 cond-mat.soft math.DS physics.bio-ph
Deforming polar active matter in a scalar field gradient
具有局部极性或非极性序的活性物质服从于著名的Simha-Ramaswamy不稳定性。目前尚不清楚，尽管这种不稳定性，生物组织可以在动物形态发生过程中进行强大的主动各向异性变形。在这里，我们表明，蛋白质浓度梯度（例如形态梯度），这是已知的控制大规模的协调细胞之间，可以稳定这样的变形。为此，我们研究了一种活性极性物质的流体动力学模型。为了考虑蛋白质梯度的影响，将极性场耦合到也与物质流平流的标量场的边界提供的梯度。在大的系统尺寸限制下，我们特别证明了：（1）当标量场与主动应力之间存在有效的伸缩耦合时，系统是稳定的，即梯度伸缩耦合，而当梯度收缩耦合时，系统总是不稳定的。有趣的是，在生物学文献中有许多系统是梯度伸展的，而我们却找不到任何明显的梯度收缩的系统。(ii)稳定性受到极性大小控制方式的强烈影响。总之，我们的发现，如果实验证实，提出了新的发展原则，直接植根于活性物质物理。
2023-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Optimal Control in Soft and Active Matter
University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Wellesley College（韦尔斯利学院）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本文介绍软物质和活性物质中最优控制的基本概念，涵盖前馈与反馈控制及其在拉格朗日和哈密顿力学中的类比，并通过实例问题和最新研究综述，探讨控制理论在生命系统中的应用。
2025-04-11 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Energy and Matter Supply for Active Droplets
化学活性液滴为可以生长和分裂的细胞样系统提供了简单的模型。这种活性液滴系统被驱离热力学平衡并进行化学翻转，这对应于简单的代谢。我们考虑两种情况下的非平衡驾驶。首先，液滴通过系统边界被外部储存器驱动，外部储存器提供营养并去除废物（边界驱动）。第二，液滴由本体中的燃料提供的化学能驱动（本体驱动）。对于这两种情况，我们讨论的能量守恒和物质以及熵的平衡。我们使用保守和非保守场来分析活性液滴的非平衡稳态。使用一个有效的液滴模型，我们探讨液滴的稳定性和不稳定性，导致液滴分裂。我们的工作表明，液滴分裂发生在相当普遍的主动液滴系统。我们的研究结果表明，类似生命的过程，如新陈代谢和分裂，可以出现在简单的非平衡系统相分离和化学反应的物理相结合。
2022-03-14 physics.bio-ph
Towards an active matter theory of plant morphogenesis
Max Planck Institute for Plant Breeding Research（马克斯·普朗克植物育种研究所）；Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes, Université de Lyon, ENS de Lyon, UCBL, INRAE, CNRS, Inria（里昂大学、里昂高等师范学院、里昂第一大学、法国国家农业食品环境研究院、法国国家科学研究中心、法国国家信息与自动化研究所植物繁殖与发展联合实验室）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, TIMC（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院TIMC实验室）
本文提出一种整合细胞吸水、组织力学和水分流的植物形态发生理论，通过生物调控、机械力和水分流的相互作用，揭示植物形态生成的物理机制。
2025-12-05 physics.bio-ph
