移动缺陷源于能量级联，塑造无头动物的运动行为
摘要：行为物理学寻求对动物行为进行简单描述。通过使用从计算机视觉中提炼出的低维动态技术，该领域已经迅速发展。然而，尽管在最简单的动物中，我们仍然没有普遍理解在复杂的神经构造面前塑造这些 emergent 行为流形的规则。在这项工作中，我们介绍了一个非神经肌肉模型系统，它足够复杂以教会我们一些新东西，但也足够简单以便我们理解。在这个简单的生物中，操纵动力学的流形是通过一种物理机制来塑造和稳定的：一种主动弹性的逆能量级联。在该领域的开创性工作的基础上，我们探索了一个极化主动弹性片的统治动力学的制定形式，该片以每个节点上的极化活动装饰的弹性结构的正常模式为基础。通过结合扭矩介导的耦合物理，我们展示了通过直接模式耦合和优先耗散的组合，功率从最短长度尺度上抽出，传输到更长长度尺度上的模式。我们利用这个结果来推动对作为群体行为的 emergent 简单性调控生物运动的研究。为了掌握流形上的低维动力学，我们对纤毛场中 +1 或涡流缺陷的动力学进行了无瞬态限制的研究。我们通过实验、数值和分析的方法展示了这些缺陷是由能量级联产生的，从而生成了具有长期稳定性的运动行为模式。利用几何模型，我们可以将缺陷与生物运动联系起来。我们将这个框架扩展到研究具有非圆形的较大生物，并引入局部活动调制来控制缺陷。我们希望这项工作能够为在没有肌肉或神经元的情况下控制分布式驱动的生物的基础奠定基础。
作者：Matthew S. Bull, Manu Prakash
论文ID：2107.02940
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2021-07-08