声学信号实现主动物体系统中的集体感知与控制
软凝聚态物质
2025-05-26 v2 适应与自组织系统
生物物理
摘要
主动物体系统中涌现的合作功能在污染物搜寻、集体威胁检测及组织栓塞等应用中发挥着关键作用。自然界中，蝙蝠和鲸鱼等动物通过声学信号进行信息交流以增强其演化竞争力。本文展示了通过声学波在主动代理之间进行信息交换可产生多样化的功能结构。在我们的集体群体实现中，每个单元配备声学发射器和探测器。群体成员会对所产生的声学场作出响应，通过调整发射频率并迁移至信号最强处。我们发现包含蛇形自驱动实体、局部聚集体及旋转环等不同形态的自组织结构。这些集体群体表现出涌现功能，包括表型鲁棒性、集体决策和环境感知。例如，集体在强烈扰动后可实现自我再生，允许其通过狭窄的狭窄通道。此外，他们表现出规模为群体的反射物感知能力以及对声学控制输入的集体响应。我们的结果为信息交互型群体的基本组织机制提供了洞见，也可能激发声学或电磁通信微型机器人群体的设计原则，使其能够执行复杂任务并对外部信号作出集体响应。
引用
@article{arxiv.2410.02940,
title = {Acoustic signaling enables collective perception and control in active matter systems},
author = {Alexander Ziepke and Ivan Maryshev and Igor S. Aranson and Erwin Frey},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.02940},
year = {2025}
}