平面波动磁驱动微型游泳器的非线性动力学与分岔

游动微生物如鞭毛细菌与精子细胞具有迷人的运动能力。受其自然运动启发，人们持续致力于开发用于体内生物医学应用的仿生机器人纳米游泳器。纳米游泳器驱动的一种主流方法是施加时变外磁场。此类系统具有丰富且非线性的动力学，亟需简洁的基本模型。先前工作研究了一个具被动弹性关节的简单两连杆模型的前向运动，假设磁场绕恒定方向作小振幅平面振荡。本工作中，我们发现游泳器存在更快的反向运动且具极丰富动力学。通过放宽小振幅假设，我们分析了周期解的多重性及其分岔、对称性破缺与稳定性转变。我们还发现净位移和/或平均游速在各类参数的最优选择下达到最大。针对分岔条件与游泳器平均速率进行了渐近计算。结果或可显著改进磁驱动机器人微型游泳器的设计。