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多丝束协调克服惯性诱导的旋转停滞

软凝聚态物质 2026-03-26 v1 统计力学 生物物理

摘要

由切向力驱动的活性丝束在附加重质头部时,可能陷入旋转状态,其中活性和惯性驱动持续旋转而非定向运输。我们使用三维朗道动力学对附加重质头部的切向驱动圆筒链进行建模,证明增加丝束数量 \Nf\Nf 系统性地\emph{拯救}定向运输,通过刚性防止形成卷曲构型以支撑旋转。通过三个独立诊断确认了拯救效果:(i) 均方位移恢复单调增长(运输拯救),(ii) 空间切向自相关失去其负 dip 信号指示螺旋卷曲(构型拯救),(iii) 切向时间自相关不再穿越零点(取向拯救)。在高刚度(\kb=1000\kb = 1000)时,卷曲在临界丝束数量 \Nf3\Nf^* \approx 3 处被完全消除。在中等刚度(\kb=100\kb = 100)时,残余卷曲持续存在(minCs0.13\min C_s \approx -0.13),但运输仍被拯救——表明消除旋转\emph{相干性}而非卷曲消除,是本质机制。多丝束架构实现了最高可达五个数量级的运输增强。两种物理上 distinct 的拯救路径 emerge:在高刚度下,刚性约束迫使丝束进入协调束, sustained 定向推进;在低刚度下,刚性相互作用破坏取向相干性,产生增强的主动扩散。这些结果展示了一种纯粹机械、与密度无关的途径来克服惯性诱导的运动停滞,对合成微泳 swimmer 设计、马达驱动丝束 assay 以及生物系统中的多丝束组织具有深远意义。

关键词

引用

@article{arxiv.2603.24053,
  title  = {Multi-filament coordination rescues active transport from inertia-induced spinning arrest},
  author = {Anuradha Rajput and Arnab Bhattacharjee and Annwesha Dutta},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2603.24053},
  year   = {2026}
}