Aprender las interacciones generales de pares entre partículas autopropulsadas

Área de la Ciencia:

• Física de la materia activa
• Materia condensada y suave
• Mecánica estadística

Sus antecedentes:

• Los sistemas de materia activa sintética, incluidos los coloides activos, exhiben interacciones complejas (hidrodinámicas, químicas, electrostáticas) que son difíciles de modelar a partir de los primeros principios.
• Comprender estas interacciones es crucial para predecir y controlar el comportamiento emergente de estos sistemas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método para el aprendizaje de las interacciones generales de pares, incluidas las fuerzas transversales y los pares, entre partículas Janus autopropulsadas a partir de datos de trayectoria experimental.
• Analizar la naturaleza de estas interacciones y su influencia en la dinámica del sistema.

Principales métodos:

• Utilizó la inferencia de fuerza estocástica para aprender las interacciones entre partículas de las trayectorias experimentales de las partículas de Janus.
• Empleó simulaciones numéricas con interacciones aprendidas para reproducir observables experimentales y comportamiento del sistema de prueba en diferentes densidades.

Principales resultados:

• Las interacciones inferidas muestran un componente radial predominantemente repulsivo e isotrópico.
• Se identificó una dependencia angular compleja en la interacción angular como el factor clave que controla el comportamiento del sistema.
• Se encontró que las interacciones transversales eran insignificantes.
• El análisis de simetría indicó que las interacciones tienen un componente hidrodinámico, descartando la electrostática como el único origen.

Conclusiones:

• La inferencia de fuerza estocástica es una herramienta poderosa para descubrir interacciones complejas entre partículas en la materia activa.
• Las interacciones aprendidas predicen con precisión el comportamiento del sistema y se pueden extrapolar a diferentes condiciones.
• Los hallazgos destacan el papel significativo de las interacciones angulares anisotrópicas y las fuerzas hidrodinámicas en la conducción de la dinámica colectiva de los sistemas de partículas de Janus.