Aktiv materia

En flock starar som fungerar som en svärm

Aktiv materia är materia som består av ett stort antal aktiva "agenter", som var och en förbrukar energi för att röra sig eller för att utöva mekaniska krafter. Sådana system är i sig ur termisk jämvikt . Till skillnad från termiska system som slappnar av mot jämvikt och system med gränsförhållanden som ålägger jämna strömmar, bryter system av aktiv materia tidsomkastningssymmetri eftersom energi kontinuerligt försvinner av de individuella beståndsdelarna. De flesta exemplen på aktiv substans är av biologiskt ursprung och spänner över alla levandes skalor, från bakterier och självorganiserande biopolymerer som mikrotubuli och aktin (som båda är en del av levande cellers cytoskelett ) till fiskstim. och flockar av fåglar. En hel del aktuellt experimentellt arbete ägnas dock åt syntetiska system som konstgjorda självgående partiklar . Aktivt material är en relativt ny materialklassificering i mjuk materia : den mest omfattande studerade modellen, Vicsek-modellen , är från 1995.

Forskning i aktiv materia kombinerar analytiska tekniker, numeriska simuleringar och experiment. Noterbara analytiska tillvägagångssätt inkluderar hydrodynamik , kinetisk teori och statistisk fysik för icke-jämvikt . Numeriska studier involverar huvudsakligen självgående partikelmodeller , som använder sig av medelbaserade modeller som algoritmer för molekyldynamik eller gittergasmodeller, såväl som beräkningsstudier av hydrodynamiska ekvationer av aktiva vätskor . Experiment på biologiska system sträcker sig över ett brett spektrum av skalor, inklusive djurgrupper (t.ex. fågelflockar, däggdjursbesättningar, fiskstim och insektssvärmar), bakteriekolonier, cellulära vävnader (t.ex. epitelvävnadslager, cancertillväxt och embryogenes), cytoskelettkomponenter (t.ex. in vitro motilitetsanalyser, aktin-myosin-nätverk och molekylärmotordrivna filament). Experiment på syntetiska system inkluderar självgående kolloider (t.ex. foretiskt framdrivna partiklar), driven granulär materia (t.ex. vibrerade monolager), svärmande robotar och Quinke-rotatorer.

Begrepp i Aktiv materia

• Aktiva geler
  • Tät aktiv substans
• Kollektiv rörelse
  • Kollektivt djurbeteende
  • Kollektiv cellmigrering
• Motilitetsinducerad fasseparation
• Skolgång , flockning och svärmning
• Kollektiv rörelse
• Aktiv stress
• Störd hyperuniformitet

System för aktiv materia

• Biologiska vävnader
  • Subcellulär och cellmekanik
• Publikbeteende
• Självgående partiklar och kolloider