复杂环境中活性粒子的目标搜索

微泳者是微观活性 agent，能够从周围环境中获取能量并将其转化为自驱动和定向运动。这一独特特征将它们表征为打破微观可逆性的非平衡系统。在复杂环境中寻找特定目标的问题对这些 agent 至关重要，因为其被用于各种目的，从觅食到逃避潜在威胁。在此，我们对微泳者探索复杂环境的目标搜索过程进行了详细研究。为此，我们将描述转变过程严谨统计力学的转变路径理论推广至目标搜索问题。本论文的主要成果之一是将最初为模拟被动系统中的罕见转变而设计的转变路径采样（TPS）算法推广至非平衡系统。TPS 算法的运行依赖于微观可逆性，因此将其推广至缺乏细致平衡和微观可逆性的非平衡系统一直是一项重大挑战。在本工作中，我们将 TPS 算法推广至活性布朗粒子（即微泳者的典型模型）的情形，并获得了对这些 agent 所探索的反直觉目标搜索路径的初步认识。本论文的第二个成果是对探索能量景观的活性粒子的目标搜索路径系综进行了系统表征。本博士论文的第三个也是最后一个原创贡献是将提交函数的概念推广至目标搜索问题，并通过樟脑自驱动盘实验验证了我们的理论。