基于主动转向的 Janus 粒子最优“run-and-tumble”输运
软凝聚态物质
2017-04-26 v1
摘要
尽管利用各种推进机制制造人工微米级游动体已成为可能，但在热涨落存在的情况下引导其运动仍然是一个巨大挑战。这一任务在生物系统中至关重要，生物系统呈现出许多有趣的解决方案，这些方案对嘈杂的环境条件以及个体基因构成的变异性具有鲁棒性。我们使用电场驱动的合成 Janus 粒子，提出了一种基于反馈的粒子引导方法，该方法与大肠杆菌的“run-and-tumbling”行为非常相似，但在转向阶段具有确定性转向：当粒子的取向矢量与目标对齐时，将其设为“run”状态；而当其超过容差角 α 时，则触发向“steering”状态的转变。粒子的主动且确定性重定向是通过一种特征旋转运动实现的，该运动可通过调制电场的交流频率来开启和关闭，这也是本文首次报道。基于数值模拟和解析结果，我们表明该反馈算法可以通过调节容差角 α 进行优化。最优重置角取决于转向状态下的信噪比，并在实验中得到了验证。尽管单个粒子的自推进速度和角速度存在差异，所提出的方法对于靶向而言简单且鲁棒。
引用
@article{arxiv.1610.01485,
title = {Optimal run-and-tumble based transportation of a Janus particle with active steering},
author = {Tomoyuki Mano and Jean-Baptiste Delfau and Masaki Sano},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.01485},
year = {2017}
}