活性流体中能量提取的理论极限

活性材料构成一类远离平衡的系统，其受内部驱动并展现可被利用来执行机械功的自组织行为。受合成活性网络实验的启发，我们通过分析一个粒子的输运来考察从活性粘弹性介质中提取功的极限。该活性粘弹性材料具有一个主动力与被动力相互抵消的平衡密度。在一维情况下，一个将被动介质转化为活性介质的滑动激活前缘（AF）以恒定速率提供活性能量，该能量从一端注入系统并传播至另一端。我们证明存在一个 AF 的最大速度，超过此速度时激活区域无法提供输运功率。我们基于极限情形进行假设并直观地论证：输运的可行性与速度可用场的平衡化畴壁的速度来解释，该速度由两个参数决定：活性的度量与粘弹性时间尺度。相图包含输运与非输运区域，即对于任意一对参数，存在一个 AF 的阈值速度，超过该速度粒子输运便不可能。构建相图我们发现，相图中存在若干区域其 AF 阈值速度发散。更大的粘弹性时间尺度使输运区域更易达到，并提升其中的输运速度。此外，我们发现提高 AF 速度会导致更大的提取功率但更小的输运系数（即输运速度与 AF 速度之比）。我们的模型为理解生物学中输运现象的能学以及设计合成活性材料中高效的输运机制提供了框架。