활성유체

활성 액체는 구성 요소가 자가 추진될 수 있는 촘촘하게 채워진 부드러운 물질이다.^[1][2][3][4]예를 들어, 조밀한 박테리아 정지, 미세관망 또는 인공 수영선수 등이 있다.^[2]이러한 물질은 광범위한 활성 물질의 범주에 속하며, 수동 유체와 비교할 때 성질이 현저히 다르며,^[5] 이는 Navier-Stokes 방정식을 사용하여 설명할 수 있다.활성 유체로 기술할 수 있는 시스템이 오랫동안 다른 맥락에서 관찰되고 조사되었음에도 불구하고, 활동과 직접적으로 관련된 특성에 대한 과학적 관심이 지난 20년 동안만 나타났다.이러한 물질은 잘 정돈된 패턴에서 혼란 상태에 이르기까지 다양한 상이 나타나는 것으로 나타났다(아래 참조).최근의 실험 연구는 활성 유체에 의해 나타나는 다양한 동적 단계들이 중요한 기술적 응용을 가질 수 있다는 것을 시사했다.^[6][7]

용어.

"활성 유체", "활성 네마틱스" 및 "활성 액체 결정"이라는 용어는 조밀한 활성 물질의 유체역동학적 설명을 나타내는 거의 동의어로 사용되어 왔다.^{[2][8][9][10]}많은 점에서 그들은 같은 현상을 묘사하지만, 그들 사이에는 미묘한 차이가 있다."능동적 네마틱스"와 "능동적 액체 결정"은 구성 요소들이 네마틱 순서를 갖는 시스템을 가리킨 반면, "능동적 액체"는 네마틱과 극성 상호작용 모두를 가진 시스템을 결합하는 보다 일반적인 용어다.

예제 및 관측치

활성 유체를 형성하는 세포 내 원소와 세포 내 원소가 광범위하다.여기에는 무생물 마이크로스위머뿐만 아니라 미세관, 박테리아, 정자 세포의 시스템도 포함된다.^[2]이들 시스템은 겉보기에는 임의로 보이는 2차원의 상태뿐 아니라 정규, 불규칙한 격자 등 다양한 구조를 형성하고 있는 것으로 알려져 있다.

패턴형성

활성 유체는 다양한 환경에서 규칙적이고 불규칙한 격자로 구성된다.여기에는 미세관에^[11] 의한 불규칙한 육각형 격자와 정자 세포에 의한 정기적인 소용돌이 격자가 포함된다.^[12]위상학적 고려사항에서 활성 유체의 준 정지 상태의 구성 요소는 반드시 편협해야 함을 알 수 있다.그러나 예를 들어 그러한 시스템의 길이 척도 선택에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.

능동 난류

활성 유체에 의해 나타나는 혼란 상태를 활성 난류라고 부른다.^[13]그러한 상태는 질적으로 활성 난류라고 불리기 때문에 유체 역학 난류와 유사하다.그러나 최근의 연구는 그러한 흐름과 관련된 통계적 특성이 유체역학적 난류와는 상당히 다르다는 것을 보여주었다.^[5][14]

메커니즘 및 모델링 접근 방식

활성 유체에서 다양한 구조물이 형성되는 이면의 메커니즘은 활발한 연구 영역이다.활성 유체에서의 구조 형성은 순서 매개변수^[15][16] 분야(구성요소의 방향 순서)의 결함이나 공개와 밀접하게 관련되어 있음을 잘 알고 있다.활성 유체에 대한 연구의 중요한 부분은 활성 유체의 패턴 형성과 난류 역학에서 그것의 역할을 연구하기 위해 이러한 결함의 동적 모델링을 포함한다.Vicsek 모델의 수정된 버전은 활성 유체를 모델링하는 가장 초기 및 지속적으로 사용되는 접근방식 중 하나이다.^[17]그러한 모델들은 활성 유체에 의해 나타나는 다양한 동적 상태를 포착하는 것으로 보여진다.^[17]보다 정교한 접근법에는 활성 유체에^[18][19] 대한 연속 한계 유체역동 방정식의 도출과 활성 용어를 포함함으로써 액정 이론의 적응이 포함된다.^[13]

잠재적 응용 프로그램

활성 유체에 대한 몇 가지 기술적 적용이 제안되었다. 예를 들어 능동 난류 및 패턴 상태를 통한 분자 모터의 동력이 그것이다.^[7]게다가, 액정들이 다양한 기술에서 발견되는 무수한 어플리케이션들을 고려할 때, 활성 액정을 사용하여 액정을 증가시키자는 제안이 있었다.^[20]

참고 항목

• 활성 물질
• 빅섹 모델
• 나비에-스토크스 방정식
• 연성 물질

참조