活性固体、囊泡与液滴的变形虫式推进：比较研究

我们对三种近球形的类变形虫微型游动体进行了统一讨论，它们均由周期性、轴对称、非手性变形（游动冲程）驱动：可变形固体、具有不可压缩流体膜的囊泡以及液滴。我们采用最小模型，仅通过边界条件来表征游动体类型。我们在小变形振幅的二阶微扰展开中计算了游动速度、耗散功率和 Lighthill 效率。对于固体，我们重现了 Lighthill 和 Blake 的早期结果；对于囊泡和液滴，我们补充了新的结果。这种统一方法允许对三种微型游动体进行详细比较。我们针对由相邻阶数 $l$ 和 $l+1$ 的球谐函数构成的游动冲程，以及由最高阶数 $l=4$ 的球谐函数构成、且满足体积和表面不可压缩性的游动冲程流形，给出了此类比较。该流形是二维的，这使得能够以紧凑的图形形式展示游动速度和效率。在一场每个游动体都可以选择使其速度最大化的冲程的竞赛中，液滴总是第一，囊泡第二，而固体颗粒第三。然而，如果三个游动体执行相同的冲程，则可能出现其他排名顺序。如果内部耗散很小，液滴的总效率最大值大于囊泡。固体体的效率通常比囊泡和液滴低两个数量级。优化 Lighthill 效率与优化游动速度会导致不同的最优游动冲程。