مقدمة للموضوع الخاص بحركة المادة النشطة

تشير المادة النشطة إلى الأنظمة المكونة من وحدات فردية تستهلك الطاقة المخزنة محليًا لتوليد حركة ميكانيكية. تشمل أمثلة المادة النشطة الكائنات البيولوجية مثل أسراب الأسماك وقطعان الطيور ومستعمرات البكتيريا، والأنظمة الاصطناعية مثل الجسيمات الكولودية ذاتية الدفع والنانوبات الهندسية. تهدف دراسة المادة النشطة إلى فهم السلوكيات المعقدة والظواهر الناشئة الناتجة عن تفاعلات هذه الوحدات المستهلكة للطاقة، مع تداعيات في مجالات تتراوح بين الفيزياء والبيولوجيا إلى علوم المواد والروبوتات. هنا ننظم موضوعًا خاصًا عن "المادة النشطة"، والذي يتضمن ثلاث مقالات مراجعة وأربع مقالات بحثية. تغطي هذه المساهمات مجموعة واسعة من أنظمة المادة النشطة، بما في ذلك الكوليدات النشطة، جسيمات الإحساس بالتجمع، المادة النشطة ذات التماثل اللولبي، والأنظمة الاصطناعية واسعة النطاق. تركز أبحاث المادة النشطة التقليدية بشكل أساسي على الجسيمات التي تتحرك خطيًا والتي لها جسم متماثل وتتحرك ذاتيًا على أحد محاور التماثل. ومع ذلك، فإن اللبنات الأساسية للأنظمة النشطة، مثل خيوط الهيكل الخلوي والمحركات الجزيئية، غالبًا ما تُظهر تماثلًا حلزونيًا. يمكن لانكسار التماثل اليساري اليميني أن يؤدي إلى حركة لولبية. من خلال تفاعلات الجسيمات، يمكن أن تؤدي هذه الحركة اللولبية الفردية إلى العديد من الظواهر الرائعة مثل اللزوجة الغريبة، والنشر الغريب، وديناميكيات العيوب في بلورات المرونة الغريبة، والحالات فائق الانتظام. في مراجعة، لخص Mecke وآخرون 1 التقدمات التجريبية والنظرية الحديثة في نظام المادة النشطة الحلزونية، مثل ظهور الإجهادات الغريبة المضادة للتماثل وأنماط الحواف المحمية طوبولوجيًا. بالإضافة إلى المناقشات حول الآليات الأساسية، قدم المؤلفون أيضًا رؤى حول إمكانيات المادة النشطة الحلزونية للتطبيقات المختلفة. ينص القانون الثالث لنيوتن على أن التفاعلات المجهرية الأساسية بين الجسيمات تكون متبادلة. ومع ذلك، يمكن كسر هذا التماثل في الفعل ورد الفعل عندما تكون التفاعلات وسيطة عبر بيئات غير متوازنة. هذه التفاعلات غير المتبادلة منتشرة في أنظمة المادة النشطة حيث يتم كسر التوازن الحراري على المستوى الفردي. في مقالة بحثية، حقق Zhou وآخرون 2 في تأثير التفاعلات غير المتبادلة في نموذج عددي مع آلية إحساس بالتجمع. في هذا النموذج، تقوم الجسيمات الفردية بتغيير انتشارها من قيم عالية إلى منخفضة، بحسب تركيزها المحلي من