水动力相互作用的拍动游动者晶格
软凝聚态物质
2019-11-06 v2 生物物理
流体动力学
摘要
鱼群和鸟群展现出复杂的集体动力学,其自组织原理在很大程度上未知。水动力学对此类集体的影响在理论上相对未被探索,部分原因在于难以建模许多动态物体之间在时间上持久的水动力相互作用。我们通过一个新颖的离散时间动力学系统(迭代映射)来解决此问题,该系统描述了排成一维和二维晶格队形的拍动游动者之间的水动力相互作用。我们的一维结果与先前发表的实验数据表现出良好的一致性,特别是预测了群游状态的双稳性以及可在实验环境中探测的新不稳定性。对于二维晶格,我们确定了游动者从水动力相互作用中获益最优的队形。我们由此获得如下层级:尽管并排单行“方阵”队形相较单独游动者仅有微小改善,一维直线和二维矩形晶格队形表现出显著改善,其中二维菱形晶格提供最大的水动力益处。一般而言,我们的自洽建模框架可广泛适用于集体动力学主要由流体介导的记忆驱动的主动系统。
引用
@article{arxiv.1904.13045,
title = {Lattices of hydrodynamically interacting flapping swimmers},
author = {Anand U. Oza and Leif Ristroph and Michael J. Shelley},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.13045},
year = {2019}
}