轴对称微型游泳器的最优纤毛运动

许多生物微型游泳器通过以波状方式周期性拍打其细胞表面密集排布的纤毛来运动。尽管从解析与数值角度已广泛研究具纤毛微型游泳器的游动机制，但对其纤毛运动的优化关注有限，尤其针对非球形形状。在本文中，利用微型游泳器的包络模型，我们数值优化了具任意轴对称形状的纤毛虫的纤毛运动。正问题解通过快速边界积分法求得，效率灵敏度通过伴随方法推导。我们的结果表明，长轴比2:1的扁长微型游泳器与球形微型游泳器共享相似的最优纤毛运动，但游动效率可翻倍。更有趣的是，凹形微型游泳器的最优纤毛运动可与球形微型游泳器有定性差异，并且发现对纤毛长度施加约束平均而言可提升此类游泳器的效率。