光响应流体界面的反馈控制

光响应表面活性剂提供了一种独特的微流体驱动机制。由于其分子形状在光照下改变并从而影响流体界面的表面张力，界面上会发生 Marangoni 流。为描述平面界面上表面活性剂混合物的动力学，我们针对两种表面活性剂密度建立了扩散-平流-反应方程。它们还包括来自相邻流体的吸附与解吸，以及光致异构化。我们随后研究界面在光斑照射下的响应。开启单个光斑时，被切换的表面活性剂密度随时间扩散并在稳态下呈指数衰减分布。同时，所诱导的径向 Marangoni 流将其流动方向由向内反转为向外。我们利用该特性建立特定的反馈规则，将光斑处感知到的平流速度与光强耦合。结果两个相邻光斑交替开关。将反馈规则扩展至排布在正多边形顶点上的光斑，我们观察到偶数边多边形出现周期性切换模式，其中两组次近邻彼此交替。三角形与五边形亦呈现规则振荡，而七边形与九边形因受阻而表现出不规则振荡。尽管我们的发现针对所选参数集，其展示了光响应流体界面上的复杂图案如何由简单反馈耦合涌现。