Chemotactic aggregation dynamics of micro-swimmers in Brinkman flows

我们通过分析和数值模拟，研究了浸入粘性Brinkman流中的微型游动器的集体化学趋性动力学。Brinkman粘性流通过阻力或摩擦项来近似流中存在的惰性杂质或固定障碍物，一种可视为湿式多孔介质的环境。对线性化系统的分析揭示，阻力主要影响集体游动不稳定性的发展，几乎不影响化学趋性不稳定性。我们给出参数相空间，用于在考虑阻力、化学趋性响应强度和水动力耦合强度不同值时，针对自发化学趋性的细菌样类推力游动器可预期的不同类型动力学。对完整非线性系统的数值模拟表明，阻力因其抑制水动力相互作用和集体游动器的出现而影响每一种状态的集体动力学。令人惊讶且不符合线性分析预测的预期，我们发现阻力还会阻碍游动器的化学趋性聚集，因为它阻碍了它们高效地、集体地导航化学信号并聚集成团的能力。我们展示了来自每个相空间区域的参数集合的复杂系统模拟并量化了观察到的行为。最后，我们讨论了参数的实验值并探讨了该系统的可能未来实验实现。