微型旋转器集合运动下的受控流体输运

受扭矩驱动的微观规模游泳机器人，即微型旋转器，在靶向药物递送、 minimally invasive surgery 和微操操作等生物医学应用中具有重要潜力。本文解决了利用由相互作用的微型旋转器组产生的流场来控制流体体积输运的挑战。我们的方法使用多项式混沌展开来建模流体粒子分布的时间演化，并制定最优控制问题，通过数值方法求解。我们在仿真中实现了该框架，以实现将初始流体粒子分布受控输送到目标位置，同时最小化不良影响，如拉伸和混合。我们考虑了两种情况：一种是直接控制旋转器的平移速度，另一种是仅控制旋转器的扭矩，旋转器随之产生由其集合流场引起的运动。我们通过计算与之相关流场的拉格朗日一致结构来分析该最优控制问题的解，这些结构揭示了高效引导粒子向目标移动的输运屏障的形成。该分析为受控输运的底层机制提供了见解。