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Traveling bands, clouds, and vortices of chiral active matter

Kruk, Nikita ; Carrillo, José A. ; Koeppl, Heinz (2022)
Traveling bands, clouds, and vortices of chiral active matter.
In: Physical Review E, 102 (2)
doi: 10.26083/tuprints-00021567
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

We consider stochastic dynamics of self-propelled particles with nonlocal normalized alignment interactions subject to phase lag. The role of the lag is to indirectly generate chirality into particle motion. To understand large-scale behavior, we derive a continuum description of an active Brownian particle flow with macroscopic scaling in the form of a partial differential equation for a one-particle probability density function. Due to indirect chirality, we find a spatially homogeneous nonstationary analytic solution for this class of equations. Our development of kinetic and hydrodynamic theories towards such a solution reveals the existence of a wide variety of spatially nonhomogeneous patterns reminiscent of traveling bands, clouds, and vortical structures of linear active matter. Our model may thereby serve as the basis for understanding the nature of chiral active media and designing multiagent swarms with designated behavior.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2022
Autor(en): Kruk, Nikita ; Carrillo, José A. ; Koeppl, Heinz
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: Traveling bands, clouds, and vortices of chiral active matter
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 2022
Ort: Darmstadt
Verlag: American Physical Society
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Physical Review E
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 102
(Heft-)Nummer: 2
Kollation: 29 Seiten
DOI: 10.26083/tuprints-00021567
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/21567
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Herkunft: Zweitveröffentlichungsservice
Kurzbeschreibung (Abstract):

We consider stochastic dynamics of self-propelled particles with nonlocal normalized alignment interactions subject to phase lag. The role of the lag is to indirectly generate chirality into particle motion. To understand large-scale behavior, we derive a continuum description of an active Brownian particle flow with macroscopic scaling in the form of a partial differential equation for a one-particle probability density function. Due to indirect chirality, we find a spatially homogeneous nonstationary analytic solution for this class of equations. Our development of kinetic and hydrodynamic theories towards such a solution reveals the existence of a wide variety of spatially nonhomogeneous patterns reminiscent of traveling bands, clouds, and vortical structures of linear active matter. Our model may thereby serve as the basis for understanding the nature of chiral active media and designing multiagent swarms with designated behavior.

Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-215672
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Nachrichtentechnik > Bioinspirierte Kommunikationssysteme
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Nachrichtentechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Self-Organizing Systems Lab
Hinterlegungsdatum: 20 Jul 2022 13:54
Letzte Änderung: 21 Jul 2022 13:28
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