Fluctuation-induced collective motion: A single-particle density analysis
在一个有噪声的自推进粒子系统中，如果粒子的密度增加超过一定的阈值，则会出现集体运动。在本文中，我们认为，这样的阈值也可能取决于在粒子方向上的扰动的配置文件。具体来说，我们进行平均场，线性稳定性，微扰和数值分析的近似形式的福克-普朗克方程描述的系统。我们发现，如果一个初始均匀系统的角扰动是大的幅度和高度本地化的空间，它将被放大，从而作为集体运动的开始的指示。我们的结果还表明，高粒子速度促进集体运动。
2010-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The role of collective motion in examples of coarsening and self-assembly
从其组成部分构建图案化结构的最简单处方是将粒子添加到适当的模板中，一次一个。然而，自然界中的自组织分子和胶体系统可以以更加分层的方式进化。具体地，成分（或成分的集群）可以聚集以形成集群（或集群的集群），其用作组装的后续阶段的构建块。在这里，我们评估的性质和后果，这种集体运动在一组原型组装过程。我们这样做使用计算机模拟，其中系统的能力，层次动态可以系统地控制。通过明确地允许或抑制集体运动，我们量化了它的影响。我们发现，在一个二维的有吸引力的格子气（和一个类似的三维非格子模型）的粗化自然是由集体运动在很宽的温度和密度范围内。在这种情况下，集团的流动性抑制发展的均匀共存相，特别是当宏观偏析是强烈的热力学青睐。相比之下，模型病毒衣壳的组装并没有受到阻碍，而是通过集体移动来促进，这促进了由几个单体组成的中间体的有序结合。
2009-04-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective Motion in the Interfacial and Interior Regions of Supported Polymer Films and its Relation to Relaxation
为了了解集体运动的作用，在聚合物膜中观察到的界面分子流动性的变化往往很大，我们调查的程度集体运动的界面区域的薄支撑聚合物膜和膜内部的分子动力学模拟。与通常所述的预期相反，我们发现，集体运动的程度，如量化的弦状分子交换运动，是类似的聚合物-空气界面层的膜内部的大小，并且两者通常是不同的散装材料。这一发现与Adam-Gibbs描述的介观膜区域内的分段动力学是一致的，其中集体运动的程度与膜的整体构型熵有关，而不是局部定义的集体运动或构型熵的程度。
2019-05-02 cond-mat.soft
Fluctuation-induced phase separation in metric and topological models of collective motion
我们研究了噪声对干活性物质集体运动过渡性质的影响。从场论，预测在确定性水平的连续过渡，我们表明，波动引起的密度依赖的转变的发病顺序，这反过来又改变了性质的过渡到一个相分离的情况。我们的研究结果适用于一系列的系统，包括拓扑模型中的粒子与固定数量的最近邻，这被认为是迄今为止表现出连续发病的顺序相互作用。波动流体力学和微观模型的数值模拟证实了我们的分析预测。
2020-08-04 cond-mat.soft
Collective Hard Core Interactions Leave Multiscale Signatures in Number Fluctuation Spectra
Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, South Parks Rd, Oxford, OX1 3QZ UK（牛津大学物理与理论化学实验室）；CNRS, Sorbonne Université, Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes Interfaciaux, F-75005 Paris, France（法国国家科学研究中心，索邦大学，界面电解质与纳米系统物理化学）
研究通过N-PSD揭示集体硬核心相互作用在数波动谱中的多尺度特征，揭示自扩散与集体动态的谱缩放机制。
2025-12-19 cond-mat.soft
Collective Ion Dynamics from Finite-Volume Fluctuations in Model Explicit-Solvent Electrolytes
Pusan National University（釜山国立大学）
本研究通过结合精确窗口投影与惯性独立粒子参考扩展有限体积计数框架，揭示1:1溶剂原始模型中集体离子扩散的表观理想性源于结构负贡献与动力学正贡献的补偿，并表明耦合场描述可改善高浓度下的扩散估计。
2026-09-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Cooperation and competition in the collective drive by motor proteins: Mean active force, fluctuations, and self-load
本文研究马达蛋白集体驱动生物丝的动力学，通过解析与模拟揭示平均力与涨落规律，并发现马达蛋白竞争产生的自负载影响丝运动。
2023-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Probing the role of mobility in the collective motion of non-equilibrium systems
通过系统地改变二维晶格中自推进粒子的迁移率，实验研究了粒子迁移率对系统集体运动的影响。由于缺乏能量均分，我们的系统本质上是非平衡的。通过构造空间涨落的协方差矩阵并求解其本征模，我们得到了系统不同大小的集体运动。有趣的是，我们的结构有序的非平衡系统表现出几乎相同的性质，无序的玻璃系统下热平衡：具有大的整体运动的模式是空间相关的和准本地化的，而具有小的集体运动的模式是高度本地化的，类似于玻璃中的低频和高频模式。更令人惊讶的是，在我们的非平衡系统中，随着移动粒子数量的增加，形成了一个类似于玻色子峰的峰，从动力学方面揭示了玻色子峰的可能起源。我们进一步说明，空间相关的大的运动模式可以通过高活性粒子的合作超过阈值分数，而本地化的小运动模式可以通过添加单独的非活性粒子创建。我们的研究澄清了集体运动中的流动性的作用，并进一步提出了一个有前途的可能性，扩展到非平衡系统的强大的模式分析方法。
2016-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective motion of granular matter subjected to swirling excitation
二维颗粒堆积在水平圆振动作用下表现出不同的集体运动模式，这取决于振动强度和整体堆积密度。对于中等填充密度和振荡幅度，高密度相沿容器的侧壁以顺时针方向行进，而振荡本身是逆时针的。进一步向六方填料方向增加填料密度，整个填料整体顺时针方向共同旋转。填料的核心作为固体旋转，并通过流体状层与边界分离。这两种运动模式都与靠近侧壁的颗粒的不对称运动有关。
2021-07-30 cond-mat.soft
Single-orientation Crystalline Domains of Active Brownian Particles Lead to Collective Motions
School of Physics and Electronic Information, Mianyang Teachers’ College（绵阳师范学院物理与电子信息学院）；Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences（中国科学院计算机网络信息中心）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
本研究发现活性布朗粒子的单向取向晶体域与运动相关区域重合，通过整体平移或旋转导致域间相对运动，从而形成集体运动。
2026-01-13 cond-mat.soft
The influence of obstacles on collective motion of self-propelled objects
本文在Vicsek模型框架下研究圆形晶格障碍物对自驱动物体集体运动的影响，发现增大障碍物半径可使系统从超扩散转变为扩散，并使大团簇定向运动退化为小团簇随机运动。
2022-12-19 cond-mat.soft
Collective Motion of Vibrated Polar Disks
我们实验研究了一个单层的振动磁盘与内置的极性不对称，使他们能够移动准弹道学上一个大的持久性长度。在碰撞过程中，由于自我推进和硬核排斥，会发生对齐。改变振动的振幅，我们观察到的大规模集体运动的发病和存在的巨大的数量波动的标度指数与预测的理论值一致。
2010-04-09 cond-mat.soft
Collective motion in a sheet of microswimmers
本研究数值模拟受限几何中微游泳者的集体运动，发现推进型呈现短程有序，牵引型出现长波密度不稳定并形成团簇，且壁的流体动力学屏蔽作用次要，几何限制主导集体状态。
2024-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Optimal noise maximizes collective motion in heterogeneous media
研究了空间不均匀性对自推进粒子集体运动的影响。的异质性被建模为一个随机分布的静态或扩散的障碍物，其中的SPP避免，同时试图调整他们的运动。我们发现，这样的障碍有一个戏剧性的影响，通常的SPP模型的集体动力学。特别是，我们报告的最佳（角）噪声振幅，最大限度地提高集体运动的存在。我们还表明，虽然在低障碍物密度的系统表现出长程序，在强烈的非均匀介质集体运动是准长范围的，只存在于两个临界噪声值之间的噪声值，与系统被无序在两个，大和低噪声振幅。由于大多数真实系统具有空间不均匀性，因此找到最佳噪声强度对于集体运动策略的设计和演化具有直接的实际和基本意义。
2013-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase Diagram of Collective Motion of Bacterial Cells in a Shallow Circular Pool
利用细菌种$Bacillus$ $subtilis$系统地研究了浅圆形池中细菌细胞的集体运动。细胞长度与池直径的比率（即，减小的单元长度）在我们的实验中范围从0.06到0.43。圆形池中的细菌细胞显示出各种类型的集体运动，这取决于池中的细胞密度和缩短的细胞长度。运动分为六种类型，我们称之为随机运动、湍流运动、单向旋转运动、双向旋转运动、随机振荡运动和有序振荡运动。减少细胞长度的两个临界值进行评估，在集体运动的剧烈变化引起的。提出了一个相图，其中的六个阶段安排。
2015-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Hydrodynamics determines collective motion and phase behavior of active colloids
我们研究的集体运动的封闭的球形microswimmer，如活性胶体，我们的模型由所谓的蠕动。为了模拟包含热噪声的流体动力学流场，我们采用了多粒子碰撞动力学方法。我们证明，流体动力学近场之间的蠕动，以及蠕动和边界墙至关重要地决定了他们的集体运动。特别是，随着密度的增加，我们观察到一个明确的相分离成一个类似气体和集群相的中性蠕动，而强大的推和拉更逐渐接近六角形集群状态。
2013-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergent Structural Mechanisms for High-Density Collective Motion Inspired by Human Crowds
大型人群的集体运动往往取决于他们的密度。在重金属音乐会和黑色星期五销售活动等极端情况下，运动由物理交互而不是传统的社会规范主导。在这里，我们研究一个活性物质模型的灵感来自于大群人聚集在一个共同感兴趣的点的情况。我们的分析采取了一种方法开发的堵塞颗粒介质，并确定戈德斯通模式，软点，随机共振作为结构驱动的机制，潜在的危险紧急集体运动。
2016-06-30 cond-mat.soft physics.soc-ph
Clusters and collective motions in Brownian vibrators
利用布朗振子，即单个粒子在振动作用下进行布朗运动的振子，我们对体积分数为$0.111\leϕ\le0.832$的准二维颗粒材料的自组织结构和动力学进行了实验研究.我们在非弹性粒子碰撞的硬盘系统中展示了丰富的结构和动力学，有四个相对应的集群流体，集体流体，多晶体，晶体。虽然多晶和晶体与平衡硬盘惊人地相似，但前两个阶段与平衡阶段和之前的均匀驱动球体的准2D实验有很大不同。我们的研究提供了单颗粒尺度的证据，颗粒材料均匀随机强迫弱凝聚力与复杂的内部结构和动力学。此外，我们的实验表明，大规模的集体运动可以出现在一个纯粹的排斥硬盘系统。集体运动出现在$ϕ=0.317$附近，在那里最重要的集群跨越系统的一半，并消失在$ϕ=0.713$附近，系统结晶和熔化转变发生在平衡硬盘。
2023-01-16 cond-mat.soft
'Fuelled' motion: phoretic motility and collective behaviour of active colloids
在过去的几十年里，设计微观和纳米级的自推进粒子并描述它们的运动已经成为一个重大的科学挑战。为此，泳动效应，即依靠局部场梯度的推进机制，一直是许多理论和实验研究的焦点。在这篇综述中，我们采用了一个教程的方法来介绍泳动的基本物理机制，并描述了不同的实验工作，导致基于这一原则的活性粒子的制造。我们还提出了在相互作用的活性胶体组件中观察到的集体效应，以及已用于描述泳动和流体动力相互作用的理论工具。
2021-04-08 cond-mat.soft
Vibrated polar disks: spontaneous motion, binary collisions, and collective dynamics
我们研究的自发运动，二进制碰撞，集体动力学的“极盘”，即专门建造的粒子，当两个水平的板块之间振动时，一致地沿着一个方向强烈相关的内在极性。我们的粒子的运动，虽然名义上是三维的和复杂的，是很好地占了一个二维的持续随机行走。它们的二元碰撞是时空扩展事件，在此期间发生多个实际碰撞，产生弱平均有效对齐。我们表明，这种良好的控制，“干活性物质“系统可以显示集体运动的顺序系统大小的定向有序区域。我们提供的证据表明，在最有序的制度观察到的强大的数密度。这些结果进行了讨论，在我们的系统的局限性，特别是那些由于不可避免的存在的墙壁。
2012-01-29 cond-mat.soft
Singular perturbation analysis of a reduced model for collective motion: A renormalization group approach
在一个有噪声的自推进粒子系统中，如果粒子的密度超过临界密度，则会出现集体运动。从集体运动的简化模型开始，我们确定临界密度如何依赖于初始扰动的形式。具体而言，我们采用重整化群改进的微扰方法来分析模型方程，并显示解析，高达一阶的扰动参数，如何修改的临界密度的强度的初始角扰动系统。
2011-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Modifying Fragility and Collective Motion in Polymer Melts with Nanoparticles
采用分子动力学模拟研究了纳米粒子对玻璃化聚合物熔体脆性和协同弦状运动的影响。NP引起显着的变化的脆性和平均长度的字符串样运动，其中的效果取决于NP-聚合物的相互作用和NP浓度。我们解释这些变化通过亚当吉布斯（AG）理论，假设字符串可以识别的“合作重排区域”的AG。我们的研究结果表明，脆性主要是衡量分子运动的协同性的温度依赖性。
2011-01-28 cond-mat.soft
Collective motion and nonequilibrium cluster formation in colonies of gliding bacteria
我们在实验中的细胞运动的特点，并表明，过渡到集体运动的滑翔细菌细胞局限于一个单层的殖民地出现通过组织的细胞成更大的移动集群。集体运动的非平衡团簇形成检测的临界细胞包装分数约17%。这种转变的特点是无标度的幂律团簇尺寸分布，与指数$0.88\pm0.07$，并出现巨大的数字波动。我们的研究结果是在定量协议与模拟自推进棒。这表明细菌的自推进和细菌的杆状的相互作用足以诱导集体运动。
2013-02-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Anomalous large-scale collective motion in granular Brownian vibrators
本文通过布朗振动器实验发现准二维硬颗粒圆盘系统在中等堆积分数下出现反常大尺度集体运动，并揭示其源于主动力与非弹性碰撞诱导的有效吸引相互作用的体积分数调控竞争，与无对齐机制的球形主动粒子群集理论相符。
2023-08-08 cond-mat.soft nlin.AO
Collective motion of cells: from experiments to models
生物的群集运动是近年来被广泛研究的生命系统最常见和最壮观的表现之一。已经确立了一些一般原则。细胞水平上的相互作用与动物个体之间的相互作用有很大的不同，因此对细胞集体运动的研究可能揭示一些特殊的重要特征，本文对此进行了综述。除了从快速增长的相关文献中提出最吸引人的结果外，我们还对新兴的图片进行了批判性的讨论，并总结了我们目前在细胞水平上对集体运动的理解。细胞的集体运动在许多实验和现实生活中起着至关重要的作用。在大多数情况下，协调运动是给定现象的有帮助的方面，并且导致使相关过程更有效（例如，胚胎发生或伤口愈合），而在肿瘤细胞侵入的情况下，它似乎加速疾病的进展。在这些机制中，细胞既要能动，又要相互粘附，粘附特征是这种集体行为最具特异性的特征。这篇评论的中心目的之一是提出相关的实验观察，并根据一些基本的计算模型来处理它们，以便在定量水平上对这些现象进行解释。
2014-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Analyzing Collective Motion Using Graph Fourier Analysis
动物群体中的集体运动，如成群的昆虫、成群的鸟和成群的鱼，是涌现行为中最引人注目的例子。在实验或计算模拟中对这些行为的经验分析主要涉及使用“群平均”度量或序参量，例如速度对准和角动量。最近，计算拓扑学的工具已被应用于分析群，以进一步理解和自动检测在空间和时间上进化的根本不同的群结构。在这里，我们展示了如何图形信号处理领域可以用来融合这两种方法，通过集体分析使用图形傅立叶谐波尊重群的拓扑结构的群属性。这个图形傅立叶分析揭示了一些常见的群集状态中的隐藏结构，并形成了集体运动的灵活分析框架的基础。
2021-03-15 cond-mat.soft eess.SP
Elasticity-driven collective motion in active solids and active crystals
我们介绍了一个简单的模型，自推进剂连接线性弹簧，没有明确的对齐规则。在临界噪声水平以下，代理自组织成一个集体平移或旋转组。我们推导了弹性薄板近似下平移态的解析稳定性条件。我们提出了一种基于弹性的机制，通过将自推进能量级联到低能模式来驱动收敛到集体运动。鉴于其简单性和普遍性，这种机制可以在各种生物和机器人群体中发挥相关作用。
2013-01-11 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Noise in the direction of motion determines the spatial distribution and proliferation of migrating cell collectives
本文通过基于个体的模型研究细胞运动方向噪声与增殖的相互作用，发现高噪声导致随机分布且增殖增强，低噪声导致环状分布且增殖降低，揭示了噪声通过机械反馈影响细胞空间组织与增殖的机制。
2023-07-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Cell$-$cell and Cell$-$noise Interactions of Bacterial Cells in a Shallow Circular Pool and Transitions of Collective Motions
我们使用细菌物种$Bacillus$ $subtilis$实验研究了浅圆形池中细菌细胞集体运动的转变。在我们以前的论文中，我们报道了集体运动分为六个阶段的相图与两个参数，即约化细胞长度$λ$和细胞密度$ρ$。在本研究中，我们关注$λ\cong0.1$（$\equiv λ_{\rm C1}$）的急剧转变，其中$ρ$值在$random$ $motion$相和$one$ $rotational$ $motion$相之间较低。通过引入有序参数$Q$来测量细胞沿池周向的排列运动，明确表征了$λ=λ_{\rm C1}$处的转变。基于对池中单细胞轨迹的详细观察，我们验证了细胞$-$噪声相互作用的影响是广泛分布的。我们的结论是，即使在这样的随机环境中，集体运动的急剧转变所造成的细胞$-$细胞在$λ=λ_{\rm C1}$的相互作用。
2020-07-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Oscillatory collective motion in viscoelastic and elastic active fluids and solids under circular confinement
本文证明圆形约束下活性生物膜中发现的振荡旋转与平移集体运动模式具有普适性，可广泛存在于粘弹性流体和固体中，弹性固体仅为极限情形。
2025-02-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Computational modelling of the collective stochastic motion of Kinesin nano motors
我们建立了一个二维随机分子动力学模型，用于描述生物马达，特别是驱动蛋白在微管轨道上的细胞内集体运动。该模型能够或再现沿微管定向运动的手-手机制。该模型给出了驱动蛋白沿微管的平均定向速度和电流。结果表明，当驱动蛋白的密度超过一定值时，系统的平均速度和电流会显著降低，这是由于系统中形成了交通堵塞。
2010-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Enhanced mechanical heterogeneity of cell collectives due to temporal fluctuations in cell elasticity
细胞是动态系统，其特征在于生物物理性质如刚度和收缩性的时间变化。最近的研究表明，肌动蛋白丝在细胞皮层（细胞膜下的蛋白质网络）中的招募和释放导致细胞在分裂前变硬，分裂后立即变软。在三维（3D）的细胞集体，目前还不清楚是否在单细胞规模的分裂过程中的刚度变化控制的空间结构和动力学在多细胞规模。这是一个需要理解的重要问题，因为细胞刚度变化在组织空间组织和癌症进展中起着重要作用。使用一个最小的三维模型，结合细胞的出生，死亡，细胞与细胞的弹性和粘附力的相互作用，我们调查的机械异质性的影响-在个别细胞刚度的变化，使肿瘤细胞的集体-肿瘤的空间组织和细胞动力学。我们发现，空间力学异质性的特点是一个球体核心组成的较硬的细胞和较软的细胞在周边出现在密集的三维细胞集体，这可能是一个多细胞肿瘤生长的一般特征。我们发现，提高空间力学异质性增强单细胞动力学和体积肿瘤生长的细胞弹性波动驱动。我们的研究结果可能对理解单细胞刚度的时空变化如何决定肿瘤的生长和扩散具有重要意义。
2022-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
