通过随机重定向合成活性布朗粒子模拟微生物的游动-翻滚与趋性运动
软凝聚态物质
2025-09-29 v1 统计力学
应用物理
生物物理
摘要
将高效且适应性强的微生物导航策略（如游动-翻滚 (RnT) 和趋性运动）复制到合成活性智能体中，一直是一项持久的追求。为此，我们引入了一种随机定向重置 (SOR) 协议，在该协议中，活性布朗粒子 (ABP) 的推进方向被重新分配为定义的重置锥内的随机方向。当重置锥与瞬时推进方向对齐时，ABP 重现了大肠杆菌 (E. coli) 的 RnT 动力学；当重置锥沿引诱剂梯度设置时，它们表现出趋性——通过重置锥的角宽度和重置速率在持久性上具有广泛的适应性。我们通过实验、模拟和解析理论确立了该协议在广泛游泳速度范围内的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2509.21903,
title = {Emulating microbial run-and-tumble and tactic motion by stochastically reorienting synthetic active Brownian particles},
author = {Sandip Kundu and Dibyendu Mondal and Arup Biswas and Arnab Pal and Manas Khan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.21903},
year = {2025}
}
备注
9 pages, 7 figures, and Supplementary materials