游泳活性细丝的模态分析与优化
生物物理
2025-10-14 v1 流体动力学
摘要
活性柔性细丝构成了模拟由鞭毛周期性振荡驱动的精子与藻类运动的经典连续介质框架。该框架也适用于各种人工游泳器的运动。经典研究量化了内部驱动力（局部或分布的内部力矩或力）与外部输出（细丝形状和游泳速度）之间的关系。在本文中，我们将运动问题视为一个数学优化问题，并证明单个活性细丝的游泳行为可以通过少量本征模态精确描述和优化，从而显著降低计算复杂度。特别地，我们揭示了具有单相驱动力（与近期提出的人工游泳器相关）的细丝运动由恰好四个驱动力本征模态控制，其中只有两个是独立的。我们进一步展示了在各种约束条件下对此类游泳器的优化。
引用
@article{arxiv.2510.09627,
title = {Modal analysis and optimization of swimming active filaments},
author = {John Severn and Eric Lauga},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.09627},
year = {2025}
}