活性物质

概念定义

活性物质（Active Matter）是由大量能够自主消耗能量，并将能量转化为自身运动或形变的微观单元组成的非平衡态物质体系。组成体系的单元具有自驱动能力，单元之间的相互作用可形成大尺度的集体运动。活性物质研究涉及物理学、化学、生物学与工程科学。

工作原理

活性物质的运行过程包括单元消耗能量、产生运动或形变，以及多个单元通过相互作用形成集体行为。化学能是自驱动单元可利用的能量形式之一，ATP所提供的自由能属于其中的例子。

自驱动单元的运动与相互作用相结合，可使体系自发组织成涡旋、集群、行波等大尺度运动模式，也可出现相分离现象。这些现象体现了微观单元活动与体系集体行为之间的联系。

技术构成

活性物质的组成单元包括生物单元与人工构建的自驱动单元。细菌、细胞属于生物单元；人工合成的自驱动胶体颗粒、活性液滴及机器人集群也是活性物质研究中的对象。Janus颗粒是自驱动胶体颗粒的例子。

能量消耗、运动或形变能力，以及单元之间的相互作用，构成理解这类体系的主要环节。研究对象既包括单个单元的自驱动活动，也包括大量单元共同形成的组织结构与运动模式。

研究场景

在生物体系中，细菌与细胞的活动是研究活性物质的具体场景；在人工体系中，自驱动胶体颗粒与活性液滴为研究集体行为提供了对象。机器人集群同样属于这一领域涉及的体系。

围绕这些对象，活性物质研究关注自驱动单元如何通过相互作用形成集群、涡旋、行波与相分离，将微观尺度的能量转化过程与大尺度的自组织现象联系起来。