Die Bedeutung der Diskretion: Fluktuationen, Defekte und Dichte-Orientierungs-Kopplung in agentenbasierten aktiven Nematika

Zusammenfassung Wir schlagen ein agentenbasiertes Modell aktiver flexibler Stäbe vor. Inspiriert von zytoskelettalen Strömungen führen wir Aktivität durch einen internen Fluss ein, der zu den dissipativen Kräften beiträgt. Die aktive Kraft zwischen unseren Agenten ist zentral und reziprok, was die Erhaltung von linearer und angularer Impuls gewährleistet. Für nematische Aktivität finden wir spontane, schwellenlose Strömungen und stochastische Strömungs-Neuausrichtung, die mit der Bildung topologischer Defekte einhergeht. Defekte erscheinen und verschwinden mit aktivitätsabhängigen Raten, und +1/2-Defekte bewegen sich selbst. Diese Merkmale aktiver Turbulenz sind selbst auf der Skala einzelner Agenten vorhanden. Die partikelbasierten Wechselwirkungen führen zu einer emergenten Kopplung zwischen Dichte und Orientierung, die Dichte-Dipole um +1/2-Defekte erzeugt. Schließlich heben wir die Vielseitigkeit unseres agentenbasierten Modells hervor, indem wir spontane Strömungen in drei Dimensionen und Gewebe-Wachstum präsentieren. Unser Rahmen eröffnet den Weg für eine integrierte Beschreibung lebender Materialien, einschließlich mehrerer Formen von Aktivität im gleichen System.