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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2504.07778 (cond-mat)
[提交于 2025年4月10日 (v1) ,最后修订 2025年6月28日 (此版本, v2)]

标题: 通过预测对齐的活性物质群集

标题: Active Matter Flocking via Predictive Alignment

Authors:Julian Giraldo-Barreto, Viktor Holubec
摘要: 理解活性物质中的集体自组织,例如鸟群和鱼群,仍然是物理学中的一个重大挑战。 诱导对齐的相互作用对于群体形成是必不可少的;然而,仅靠对齐通常不足以在噪声存在的情况下维持群体的凝聚力,导致传统模型引入人工边界或显式吸引力。 在此,我们提出了一种模型,通过引入预测性对齐,仅依靠对齐相互作用实现稳定的群体形成,其中个体重新定向以最大化与预期未来邻居的主要方向的一致性。 在离散时间Vicsek型框架中实现,这种方法在不增加参数的情况下提供了稳健、抗噪声的凝聚力。 在稳定区域,群体大小与相互作用半径呈线性关系,几乎不受噪声或推进速度的影响,并且在噪声下群体能够协调地跟随领导者。 这些发现揭示了预测策略如何增强自组织,为融合物理和类似认知动力学的新一类活性物质模型铺平了道路。
摘要: Understanding collective self-organization in active matter, such as bird flocks and fish schools, remains a grand challenge in physics. Interactions that induce alignment are essential for flocking; however, alignment alone is generally insufficient to maintain group cohesion in the presence of noise, leading traditional models to introduce artificial boundaries or explicit attractive forces. Here, we propose a model that achieves cohesive flocking through purely alignment-based interactions by introducing predictive alignment, in which agents reorient to maximize alignment with the prevailing orientations of their anticipated future neighbors. Implemented in a discrete-time Vicsek-type framework, this approach delivers robust, noise-resistant cohesion without additional parameters. In the stable regime, flock size scales linearly with interaction radius, remaining nearly immune to noise or propulsion speed, and the group coherently follows a leader under noise. These findings reveal how predictive strategies enhance self-organization, paving the way for a new class of active matter models blending physics and cognitive-like dynamics.
评论: 主文:7页,3图。附录:11页,9图
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 适应性与自组织系统 (nlin.AO)
引用方式: arXiv:2504.07778 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2504.07778v2 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.07778
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Julian Giraldo-Barreto [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 4 月 10 日 14:18:17 UTC (5,506 KB)
[v2] 星期六, 2025 年 6 月 28 日 16:45:57 UTC (8,035 KB)
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