运用最优控制理论实现 bulk active nematics 中的设计纹理与流动
软凝聚态物质
2024-10-16 v2
摘要
作为固有非平衡系统，活性材料可以潜在执行在被动材料中受热力学禁忌的功能。然而，活性系统具有多样化的局部吸引子，这些吸引子对应于不同的动力学状态，许多状态表现出混乱的湍流样动力学，因而无法执行工作或有用功能。设计这样一个系统以选择特定的动力学状态是一个巨大的挑战。受最近进展启发，这些进展使对实验活性材料的 opto-genetic 控制成为可能，我们描述了一个最优控制理论框架，用于识别产生特定动力学稳定状态的时空序列的光驱动活性。活性纳米阵列在没有控制的情况下会因自发缺陷增殖和混乱的流动动力学而不稳定。我们展示了最优控制理论可以计算活动场以将动力学重定向到多种替代动力学程序和功能。这包括在状态之间动态重新配置，以及选择和稳定不对应于吸引子且因此在 uncontrolled 系统中不稳定的涌现行为。我们的结果为利用光学控制方法在广泛的活性材料中理性设计结构、动力学和功能提供了路线图。
引用
@article{arxiv.2408.14596,
title = {Achieving designed texture and flows in bulk active nematics using optimal control theory},
author = {Saptorshi Ghosh and Aparna Baskaran and Michael F. Hagan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.14596},
year = {2024}
}