由阻挫原理导出的主动流体力学定律
软凝聚态物质
2023-05-11 v1
摘要
黏性流动是层流且确定性的。稳健的线性定律能精确预测其在诸如血管、多孔介质和管道网络等复杂结构中的流线。然而，生物与合成主动流体违背了这些基本定律。无论其微观起源如何，受限主动流动本质上是双稳态的，因而是非线性的。结果，它们在通道网络中的涌现模式超出了现有理论的范围，且缺乏定量实验。在此，我们阐明了主动流体力学的基本定律。我们表明主动流体流动是非确定性的，并产生由奇数配位数节点处的阻挫所支配的简并流线模式。更确切地说，三价网络中的胶体滚轮实验揭示了主动流体流动如何实现动力学自旋冰。由此产生的流线模式分裂为两类不同的自相似环，反映了子通道尺度上拓扑缺陷的分分数化。基于我们的测量，我们将主动流体力学定律表述为一个双自旋模型。随后通过对环O(n)模型的一系列映射，使我们能够精确预测简并流线的几何结构。我们期望这一基础理解为主动微流控器件提供稳健的设计规则，并为理解复杂生境中活细胞与生物体的运动提供意想不到的途径。
引用
@article{arxiv.2305.06078,
title = {Active hydraulics laws from frustration principles},
author = {Camille Jorge and Amélie Chardac and Alexis Poncet and Denis Bartolo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.06078},
year = {2023}
}