The mathematical modeling of the single and ensemble dynamics of magnetic filaments

Abstract

Biomimētisku sistēmu izmantošana mikrodzinēju un šķidrumu maisītāju izveidei ir aktuāls izpētes objekts mīksto materiālu nozarē. Šiem mērķiem iespējams izmantot magnētiskas stīgas, ko ir viegli kontrolēt mainot ārēja magnētiskā lauka parametrus. Šajā darbā ir izveidots magnētisku stīgu matemātisks modelis, kas ietver gan vērp es, gan hidrodinamisko mijiedarbību ietekmi dažādos tuvinājumos un izveidota praktiska implementācija divu programmatūras bibliotēku formā. Ar izveidotā modeļa palīdzību iegūti rezultāti, kas raksturo individuālu stīgu un stīgu ansambļu dinamika plašā kustību kontrolējošo parametru diapazonā un iegūti jauni rezultāti, kas raksturo feromagnētisku un superparamagnētisku stīgu kustību laikā mainīgos magnētiskos laukos. Atslēgas vārdi: magnētiskas stīgas, Stoksa hidrodinamika, magnētiski mikropeldētāji, magnētiskas cīlijas

The use of biomimetic systems for the creation of microengines and fluid mixers is an active area of research in the field of soft matter. It is feasible to use magnetic filaments, which are easily controlled by varying the parameters of an external magnetic field, for the aforementioned purposes. In this work we have formulated a mathematical model of magnetic filaments that incorporates both the effects of twist and hydrodynamic interactions to varying degrees of approximation and implemented it in the form of two software libraries. We have used this model to explore the dynamics of both single filaments and ense mbles of filaments within a wide range of control parameters and to derive new results concerning the behavior of both ferromagnetic and superparamagnetic filaments in time dependent magnetic fields. Key words: magnetic filaments, Stokesian hydrodynamics, magnetic microswimmers, magnetic cilia.