Manipulation and control of collective behavior in active matter systems

Aktif madde sistemleri, termal dengenin uzağındaki ortamlarda yer alan ve enerjiyi yönlendirilmiş harekete dönüştüren aktif yapı taşlarından oluşur. Aktif ajanların birbirleriyle ve de girdikleri ortamla etkileşimleri sonucu uzun-erimli düzenin oluşumu ve kollektif hareket ortaya çıkar. Aktif madde sistemleri içerisindeki bu tür dinamik davranışlara örnek olarak bakteri kolonilerindeki desen oluşumu, kuşların sürü oluşturması ve yayaların oluşturduğu kalabalığın kümelenmesi gösterilebilir. Bütün bu fiziksel olaylar, termal dengenin uzağında gerçekleşen etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Bu olayları yönlendiren dinamikler henüz tam anlaşılmamış ve yeterince üzerinde çalışılmamıştır. Bu tezde, mekansal düzensizliğin, kolloidlerin oluşturduğu yaşayan aktif madde sistemindeki kollektif dinamiği değiştirmesi üzerinde nasıl bir rol oynadığını inceledik. Ortamdaki heterojenliğin seviyesinin, bakteri banyosunun içerisinde yer alan kolloid topluluğunun uzun-erimli düzenini etkilediğini ispatladık. Bakteriler tarafından kolloidlerin üzerine uygulanan denge-dışı kuvvetlerin, kolloidlerin toplanması ve dağılması arasındaki geçişte önemli olduğunu gösterdik. Karmaşık aktif madde sistemlerindeki ortam faktörlerinin incelenmesi haricinde, yeni bir aktif parçacık sınıfı olan "biyonik mikroyüzerlerin" ve onların kümelenme hareketinin üzerine yoğunlaştık. Hareketli E. coli bakterilerini melamin parçacıklarına yapıştırarak elde ettiğimiz küresel biyonik mikroyüzerlerin büyük kolloid yapıları oluşturabildiklerini gösterdik. Son olarak, biyonik mikroyüzerlerin kollektif hareketi sonucu yüzen yığınların oluşumunu gözlemledik. Sonuçlarımız, aktif madde sistemi içersinde yer alan aktif parçacıkların istatistiksel davranışları ve aralarındaki denge-uzağındaki etkileşimleri hakkında fikir vermektedir.