受大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等细菌群体运动现象启发，荷兰特温特大学研究人员围绕“形状如何影响人工游动体的集体行为”展开研究，重点比较了球形与棒状游动体在群体运动中的差异。研究团队成员Hanumantha Rao Vutukuri表示，这些“只遵循物理定律”的合成棒状游动体有助于剥离生物复杂性，从力学层面理解细菌集体行为。相关研究成果已发表在《科学》（Science）杂志。

研究团队指出，生物膜是附着在表面、并对清除具有抵抗力的微生物群落，可在医疗植入物和水管等环境中形成，且一旦形成往往难以消除。研究人员认为，理解细菌如何实现集体组织与协同行为，是进一步探索如何破坏其结构与扩散过程的前提，这类知识有助于减少医院获得性感染并提升饮用水系统安全性。

不过，直接在细菌体系中分离驱动集体运动的物理机制存在难度。研究团队表示，细菌不仅具有特定形状，还会感知环境、响应化学信号并实时调整行为；此外，在不干扰细胞行为的前提下标记并追踪单个细胞本身也具有技术挑战，而细菌群体的高密度进一步增加了个体追踪的难度。

为降低生物因素带来的干扰，团队转而使用合成胶体棒作为模型体系。Vutukuri称，合成棒不会感知食物或响应信号，其行为更接近“纯物理现象”，因此更适合用来单独检验形状对集体动力学的影响。

在实验中，研究人员使用光驱动的合成棒状游动体，系统改变颗粒的长度与浓度，并观察其群体行为随参数变化的规律。结果显示，不同长宽比对应的集体状态存在明显差异：短棒更倾向于聚集并发生相分离；非常长的棒则更容易出现群聚与集群；而具有中等长宽比的棒表现出更为丰富的集体动力学特征，能够形成持续动态的“主动湍流”状态。

研究团队据此提出一种与形状相关的“最佳区间”概念：运动细菌可能在某一基于形状的区间内运行，以实现更优的集体移动性与适应性。研究中提到，大肠杆菌的形态处于该区间；相比之下，枯草芽孢杆菌可生长得更细长，且不表现出相同的湍流式集体行为，在穿越如生物膜等密集环境时可能效率较低。

研究人员表示，除与细菌群体行为的关联外，该工作也为理解主动物质中“形状依赖”的集体动力学提供了更一般性的框架，并为更贴近现实的理论与模拟模型奠定基础，同时可为可编程主动材料的设计提供规则。