近日，我校计量测试工程学院研究生应宇翔和姜童晓在流体力学国际权威期刊《Physics of Fluids》上发表了题为“Study on the sedimentation and interaction of two squirmers in a vertical channel”的研究论文，阐述了自驱动颗粒在重力作用下的运动及相互作用特性。论文通讯作者为聂德明教授，浙江大学林建忠教授为论文工作的合作指导教师。

自驱动颗粒与被动颗粒不同，具有自我驱动的内在机制，例如自然界的藻类（硅藻、衣藻等），菌类（球菌、杆菌、螺旋菌等）以及细胞（精子、白细胞等）等，如图1所示。它们在流体中的运动往往取决于流体作用及颗粒自驱强度之间的竞争，因此其行为较之被动颗粒更为丰富且复杂。另一方面，人工合成自驱动颗粒（人工细胞组织、含磷胶体颗粒、微型游动器件和机器人等）在靶向给药、精确手术、自组装、环境修复、水处理等工业过程中也逐渐获得应用。

图1 自然界中生物自驱动颗粒

图2 人工合成自驱动颗粒

然而，耦合自驱动颗粒与流体的相互作用研究依旧是一个新的领域，许多机理性问题尚不明确。基于此，论文作者采用了自驱动颗粒模型—Squirmer游动速度方程，并通过格子Boltzmann方法模拟了它们在重力场中的运动行为及相互作用。论文不仅揭示了自驱动颗粒的5种典型运动模式（图3），而且详细阐述了自驱动颗粒之间的相互吸引、排斥及同步振动的机制（图4）。特别地，论文针对自驱动颗粒在壁面附近的行为进行了细致分析，从颗粒周围的压力分布及其导致的颗粒受力（力矩）角度来阐明其与壁面的相互作用机理（图5），这不仅为某些微生物在壁面附近的活动行为提供了合理解释，而且为重力感应人工智能化颗粒的设计提供了理论指导。

图3 研究发现的Squirmer的运动模式

图4 两个Squirmer的轨迹曲线及其周围的压力分布

图5 Squirmer在壁面附近的压力分布及受到的力矩示意图

该论文的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（12132015）及面上项目（11972336）的资助。论文的链接为：

https://aip-scitation-org-s.video.cjlu.edu.cn:8118/doi/10.1063/5.0107133