肌动蛋白基超材料的自适应非平衡设计：控制的基本与实用极限
统计力学
2023-07-07 v2
摘要
在远离平衡的环境中自组装的生物材料所具有的适应性及令人惊讶的涌现特性，为设计纳米材料及其性能的努力提供了灵感。特别地，控制自组装的条件可调节材料性能，但对于如何参数化这种控制或给定材料的可控程度如何，尚缺乏系统性理解。在此，我们证明分支肌动蛋白网络可通过动态控制其生长时所施加的力来编码超材料特性，并且这些协议可利用多任务强化学习来选取。这些肌动蛋白网络依据所选外部协议具有大动态范围内的可调响应，为在这些结构中编码“记忆”提供了途径。有趣的是，我们表明编码记忆需要耗散，且编码速率受熵流——包括物理与信息论两方面——的约束。综上，这些结果强调了非平衡控制对于设计自组装纳米结构的效用与必要性。
引用
@article{arxiv.2306.10778,
title = {Adaptive nonequilibrium design of actin-based metamaterials: fundamental and practical limits of control},
author = {Shriram Chennakesavalu and Sreekanth K. Manikandan and Frank Hu and Grant M. Rotskoff},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.10778},
year = {2023}
}