变形螺旋的游动
生物物理
2018-10-23 v1 软凝聚态物质
流体动力学
摘要
许多微生物和人造微游动器利用螺旋状附肢来产生运动。尽管常通过旋转以产生推力，一些细菌物种如螺原体(Spiroplasma)、红细菌(Rhodobacter sphaeroides)和螺旋体(Spirochetes)通过变形螺旋形身体来引发运动。近来，也已制造出通过以非互易方式变形其螺旋身体来产生运动的人造装置(Mourran et al., Adv. Mater., 29, 1604825, 2017)。受这些系统启发，我们研究了粘性流体中变形螺旋的输运。具体而言，我们考虑一种游动器，其保持螺旋中心线和单一手性，同时在全身均匀地改变其螺旋半径、螺距和波长。我们首先讨论变形螺旋如何产生非互易的平移和旋转游动冲程，并确定其主运动方向。然后我们确定小螺旋半径螺旋的领头阶物理，进而考虑不同构型参数下的一般行为以及这些游动器如何被优化。最后，我们探究中心线的壁面、重力和缺陷的存在如何使螺旋装置打破对称性、提高其速度，并在体相流体中螺旋所不能实现的方向上产生输运。
引用
@article{arxiv.1810.09148,
title = {The swimming of a deforming helix},
author = {Lyndon Koens and Hang Zhang and Martin Moeller and Ahmed Mourran and Eric Lauga},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.09148},
year = {2018}
}