Nat. Commun.：具有缓慢吸引力的微泳粒子自发形成涡旋

关键词：自组装，群体动力学，同步，涌现

论文题目：Spontaneous vortex formation by microswimmers with retarded attractions

论文来源：Nature Communications

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35427-7

无生命粒子的集体状态通过物理相互作用和热运动进行自组装。尽管有一些现象学上的相似性，包括临界性的特征，但将运动的主体结合成羊群、牛群或蜂群的自主动力学允许有更丰富的行为。低维模型已经暗示了感知信息、决策和反馈在这方面所起的关键作用，这意味着相应的相互作用不可避免地受到阻碍。

这篇文章展示了关于球形布朗微泳器的实验，这些微泳器具有向空间固定的目标延迟自推进的能力。研究人员观察到向着过渡的手性动力学状态的自发对称性破缺，和随之而来的临界行为，这并不依赖于多粒子协同性。通过与单个微泳器的随机延迟微分运动方程做比较，作者指出，微泳器与它们自己过去的延迟诱导有效同步是关键机制。越来越多的微泳器自组织成具有顺行和逆行轨道运动的层，通过立体、泳动和流体力学的相互作用实现同步和稳定。这项结果表明，即使是最简单的延迟相互作用，也能在小型活性粒子群中促进涌现的复杂适应性行为。

图1. 实验的实现。（A）实验中使用的粒子由三聚氰胺树脂胶体（直径2.18微米）组成，表面散布着 8 纳米的金纳米粒子（覆盖总表面积的10%）。一个532纳米的激光聚焦在距离粒子中心 d 的边缘，诱发了自热运动并允许精确控制推进方向。重要的是，光力量很弱，所以粒子表现出真正的自浮游的自主运动，使它们成为合适的微泳器。（B）对颗粒进行成像。（C）粒子自推动的观察。（D）粒子的相互作用。