狭缝通道中三球微型游泳器的状态相图

几何约束在软物质系统中频繁出现，尤其会显著改变黏性介质中游动微生物的动力学行为。表面相关效应对微型游泳器运动能力的影响可在大量生物系统中导致重要后果，例如生物膜形成、细菌黏附和微生物活动。基于低雷诺数流体力学，我们探究了狭缝几何通道约束下三球微型游泳器的状态相图，并全面刻画了中性游泳器、牵引型（puller）与推挤型（pusher）游泳器的游动行为与轨迹。推挤型游泳器总是最终被困在通道壁处，而中性游泳器与牵引型游泳器还可能进一步进行滑移运动并沿通道保持稳定导航。我们发现所得动力系统呈现超临界叉式分岔（supercritical pitchfork bifurcation），其中在中平面内的游动在超过某一过渡通道高度后变得不稳定，同时两个关于通道中高度对称分布的新稳定极限环或不动点出现。此外，我们表明只要游泳器尺寸远小于通道高度，利用流体力学镜像法即可解析地准确描述通道中的平均游动速度与转动速率。