活性物质的热力学几何控制
统计力学
2024-09-17 v1 介观与纳米尺度物理
软凝聚态物质
摘要
活性物质代表了一类持续耗能以产生定向运动的非平衡系统。活性物质的热力学控制具有巨大的潜力，用于推动合成分子动力学、靶向药物递送和自适应智能材料等领域的进步。然而，活性物质固有的非平衡性质在以最小能耗实现最优控制方面 presents a significant challenge。本文将传统应用于被动系统的热力学几何概念扩展到活性物质，提出了一种系统化的几何框架，用于最小化非平衡驱动过程的能耗成本。我们推导了一种定义控制参数的黎曼流形的成本度量，使我们能够利用强大的几何工具来确定最优控制协议。几何视角揭示了，与被动系统不同，活性系统中最小化能耗成本涉及内在耗散与外部耗散之间的权衡，导致一种最优运输速度，其价值与活性物质的自驱动速度相吻合。这一洞见丰富了热力学几何的更广泛概念。我们通过在该几何框架内优化活性单温度发动机的性能来演示了这一方法的应用。
引用
@article{arxiv.2409.09994,
title = {Thermodynamic Geometric Control of Active Matter},
author = {Yating Wang and Enmai Lei and Yu-Han Ma and Z. C. Tu and Geng Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.09994},
year = {2024}
}