Dynamics and thermodynamics in artificial and natural active systems with delay
具有延迟的人工和自然主动系统中的动力学和热力学
基本信息
- 批准号:432421051
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Active self-propulsion is one of the important traits giving living organisms an evolutionary edge. Already the self-propulsion techniques harnessed by primitive forms of unicellular life, such as bacteria and sperm cells, are quite complicated, though. Their beating flagella or dynamic body shape changes call for simplified models to grasp the physical principles of their collective motion. On the other hand, recent experimental and technological progress has supplied a large arsenal of artificial microswimmers that can be activated and even steered in a well-understood and well-controlled way. We can now endow them with increasingly sophisticated physical and virtual mutual interactions that enable us to mimic the emerging complexity observed in the living world, within a bottom-up approach. In particular, we can deliberately design experimental systems that are theoretically tractable, and idealized theoretical predictions promising interesting collective behavior can guide the experimental design. This strategy is at the heart of the present proposal, which aims to foster a close collaboration between experiment, analytical theory and computer simulations. Our focus will mostly be on self-organization and dynamical scaling of interacting swimmers with/without confinement, conformational entropy and information fluxes, and passive probes in active-matter environments. As an important innovative aspect, we want to systematically investigate the role of time-delayed mutual interactions. The long-term goal is to contribute conceptual milestones and paradigmatic model systems for an ongoing increasingly general and unified coarse-grained dynamic and thermodynamic description of active matter.
主动的自我推测是使生物体具有进化边缘的重要特征之一。不过,已经由单细胞生命的原始形式(例如细菌和精子细胞)所利用的自我塑形技术非常复杂。他们跳动的鞭毛或动态体形的变化要求简化模型以掌握其集体运动的物理原理。另一方面,最近的实验和技术进步提供了大量的人工微武器库,这些武器可以被激活,甚至以一种良好的和控制的方式被激活,甚至被引导。现在,我们可以赋予他们越来越复杂的物理和虚拟相互作用,使我们能够在自下而上的方法中模仿在生活世界中观察到的新出现的复杂性。特别是,我们可以故意设计理论上可以拖延的实验系统,并且理想化的理论预测有希望的有趣的集体行为可以指导实验设计。该策略是本提案的核心,旨在促进实验,分析理论和计算机模拟之间的密切合作。我们的重点将主要放在与/不限制,构象熵和信息通量以及在有效物体环境中的被动探针的自我组织和动力学缩放。作为一个重要的创新方面,我们希望系统地研究时间延迟的相互作用的作用。长期目标是为活动物质的持续越来越通用和统一的粗粒动力学和热力学描述贡献概念里程碑和范式模型系统。
项目成果
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