Kreisschwimmer in komplexen Umgebungen

• Antragsteller: Dr. Iman Abdoli, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556762905

Kreisschwimmer sind eine besondere Klasse von mesoskopischen Partikeln, die sich in Flüssigkeiten selbständig in spiralförmigen oder schraubenförmigen Bahnen fortbewegen. Diese Chiralität oder Asymmetrie in ihrer Bewegung unterscheidet sie von Mikroschwimmern, die sich geradlinig bewegen. Die Bewegung von Kreisschwimmern kann durch eine Vielzahl von Mechanismen angetrieben werden, die von ihrem Design und der Umgebung, in der sie arbeiten, abhängen. Zu den üblichen Antriebskräften gehören chemische Reaktionen, Magnetfelder oder Licht, welche die Bewegung durch Veränderungen der Oberflächenchemie des Schwimmers, der physikalischen Form oder durch die Erzeugung von Kraftasymmetrien in der umgebenden Flüssigkeit auslösen können. Kreisschwimmer sind aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in Bereichen wie Mikrofluidik, Biomedizintechnik und Materialwissenschaften von großem Interesse. Sie können beispielsweise für die gezielte Verabreichung von Medikamenten eingesetzt werden, wobei ihre einzigartigen Bewegungsmuster es ihnen ermöglichen, durch komplexe flüssige Umgebungen im menschlichen Körper zu navigieren. Sie werden auch wegen ihrer Fähigkeit, biologische Prozesse nachzuahmen, und wegen ihres Potenzials, sich selbst zu komplexen Strukturen mit nichttrivialen Funktionen zu organisieren, untersucht. Effekte geometrischer Einschränkung sind entscheidend für die Untersuchung von Kreisschwimmern in komplexen Umgebungen. Ziel dieses Antrags ist es, ein theoretisches Verständnis der Auswirkungen von Begrenzungen wie Wänden oder Hindernissen auf Kreisschwimmer zu erlangen. Dabei soll insbesondere untersucht werden, inwiefern stochastische Effekte wie die zufällige Rückstellung ihrer Position ihr kollektives Verhalten und ihre Effizienz bei der Untersuchung von Suchproblemen beeinflussen können. Schließlich soll auch das kollektive Verhalten in Vielkörpersystemen untersucht werden. Hierbei ist geplant, theoretische und numerische Werkzeuge aus der statistischen Physik einzusetzen, die solche Fragen beantworten können.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle