活性泡沫：二维气液泡沫在循环充放气下的自适应力学

泡沫是无序软物质的典型例子，其中局部力平衡导致许多亚稳态构型的竞争。在此我们提出“活性泡沫”的实验与理论框架，其中单个体素周期性地充气和放气。我们探究这种无序材料相对于所添加活性的结构适应。局部活性的周期性注入导致整个泡沫中少量的不可逆与可逆 T1 转变。无论是否存在 T1 转变，单个顶点都会向外位移并随后回到其近似原始的径向位置；该径向位移遵循反比定律。令人惊讶的是，每一次返回轨迹并不回溯其 outbound 路径，而是围出有限面积，呈 CW 或 CCW 方向——我们将其定义为局部涡旋（swirl）。这些涡旋形成跨越材料整个尺度的相干图案。利用降阶动力学模型，我们证明涡旋是局部微结构空间无序的直接后果。建立第一性原理模型，我们证明无序和应变率控制了相邻顶点间涡旋合作与竞争的跨界行为。在更长时间尺度上，活性体素周围区域从较高能量的亚稳态结构适应至较低能量状态，表明一种局部退火过程。最后，我们开发一个统计玩具模型，基于一组简单规则演化边长，以探究这类材料如何作为初始结构的函数随时间适应。向泡沫添加活性将结构无序与自适应动力学耦合，促进了一种新型非生物、细胞化活性物质的发育。