站在鄉野村邊，一陣微風拂過，金黃色的麥子有節律的擺動起來，此起彼伏。“風吹麥浪”的美麗不僅僅存在宏觀世界，在微觀世界中也隨處可見。生物系統中，微米尺度的纖毛廣泛存在于微生物的體表和哺乳動物氣管內，在一定條件下也可以呈現類似“風吹麥浪”的集體波式擺動。
單條生物纖毛可以通過消耗ATP作循環式的近圓周形運動；雖然每條纖毛的自身驅動是相對獨立的，但是處在流體環境中的纖毛可以通過纖毛間相互作用呈現有規律的集體動力學行為，從而實現不同的生物學功能，例如草履蟲利用纖毛集體擺動實現在流體中的游動和氣管內纖毛利用集體波式擺動實現液體的高效定向運輸。纖毛要實現特定（例如波矢，頻率等）的集體波式擺動要滿足什么物理條件，我們能否設計具有特定集體動力學特性的人工纖毛？
圖一：單條纖毛運動軌道及纖毛陣列
中國科學院理論物理研究所副研究員孟凡龍，與英國布里斯托大學博士Rachel Bennett，日本東北大學副教授Nariya Uchida和德國馬普動力學和自組織研究所教授Ramin Golestanian合作，通過構建解析模型，得到了纖毛在流體力學相互作用下實現集體波式擺動的物理條件及系統色散關系。研究表明，通過調控單條纖毛的運動行為（運動軌道和自驅動特性）以及改變纖毛陣列的幾何結構，可以使纖毛實現不同波矢和頻率的集體波式擺動。此工作不僅能夠幫助理解生物系統中微尺度纖毛的集體行為，也能夠對設計實現特定集體行為的人工合成纖毛系統提供理論指導。
圖二：纖毛的集體運動