Коллективная динамика и самоорганизация кальциево-альгинатных моторов различного размера

Самоходные кальциево-альгинатные моторы демонстрируют сложные взаимодействия, обусловленные притягивающими капиллярными и отталкивающими марранговскими силами, однако влияние размера мотора на их коллективную динамику остается неясным. В настоящей работе мы экспериментально исследуем зависимые от размера осцилляторные соударения, синхронизацию и самоорганизацию кальциево-альгинатных моторов в составах от двух до пятнадцати единиц. С помощью высокоскоростной съемки и частичной модели на основе частиц с попарными взаимодействиями мы показываем, что меньшие моторы поддерживают более длительные колебания, тогда как большие моторы координируют движение малых, приводя к динамике, напоминающей вибрации. Сборки из восьми и более моторов образуют кластеры, топологически характеризуемые числами Бетти, отражающими эволюцию связности и пустот. Наши результаты проясняют, как зависящие от размера силы управляют возникающими спатиотемпоральными паттернами и самоорганизацией активных полимерных моторов, что дает сведения для разработки интеллектуальных коллективных систем с потенциальными приложениями в микроактуации и мягкой робототехнике.