Flagellated bacteria move collectively in a swirling pattern on agar surfaces immersed in a thin layer of viscous “swarm fluid”, but the role of this fluid in mediating the cooperation of the bacterial population is not well understood. Herein, we use gold nanorods (AuNRs) as single particle tracers to explore the spatiotemporal structure of the swarm fluid. We observed that individual AuNRs are transported in a plane of ~2 μm above the motile cells. They can travel for long distances (>700 μm) in a 2D plane at high speed (often >50 μm2/s) without interferences from bacterial movements. The particles are apparently lifted up and transported by collective mixing of the small vortices around bacteria during localized clustering and de-clustering of the motile cells, exhibiting superdiffusive and non-Gaussian characteristics with alternating large-step jumps and confined lingering. Their motions are consistent with the Lévy walk (LW) model, revealing efficient transport flows above swarms. These flows provide obstacle-free highways for long-range material transportations, shed light on how swarming bacteria perform population-level communications, and reveal the essential role of the fluid phase on the emergence of large-scale synergy. This approach is promising for probing complex fluid dynamics and transports in other collective systems.

This paper introduces an innovative adaptive event-triggered fault-tolerant attitude control framework designed for a flying-wing unmanned aerial vehicle (UAV) operating under constraints such as limited embedded resources, unknown actuator failures, system uncertainties, and external disturbances. The proposed scheme incorporates several noteworthy features: (i) Implementation of a relative threshold event-triggered mechanism to efficiently alleviate communication pressures and computational burdens inherent in the attitude control system. (ii) Utilization of a radial basis function neural network to approximate lumped disturbances, reducing dependence on prior knowledge. (iii) Adaptive compensation for sampling errors and actuator faults by employing the Nussbaum gain. (iv) Integration of a smooth function to address singularity issues and prevent Zeno behavior. Furthermore, Lyapunov analysis validates that all signals within the closed-loop system remain bounded and converge within a predetermined time frame. Comparative numerical simulations underscore the effectiveness and superiority of the proposed control approach.

The coaxial gun discharge could produce plasma jet with high velocity, high density and high energy density, which has a wide range of applications in plasma space propulsion, simulation of the interaction between edge local mode and wall materials in ITER, fuel injection in magnetic confinement fusion devices, and laboratory astrophysics, etc. In the pre-filled discharge mode, the plasma current sheet is formed near the insulating layer surface and moves toward the end of the coaxial gun under Lorentz force. Plasma velocity, density and purity characteristics are very important research contents for the actual application of coaxial gun. Emission spectrometry as a non-interference method can be used to diagnose a variety of plasma physical properties. In this experiment, the effects of different discharge currents and gas pressure on the plasma dynamics, electron density and impurity emission spectra of coaxial gun discharge plasma are studied through the measurement of plasma photocurrent, emission spectra and the shooting of discharge images. The experimental results show that the acceleration time of the plasma in the gun decreases with the increase of the current in 30~70 kA when the gas pressure is 10 Pa, the spectra of anode and cathode impurities in plasma increase with the current amplitude. When the discharge current is 40 kA and the gas pressure is in 10~70 Pa, the acceleration time of plasma increases with the increase of gas pressure, and the spectral intensity of the cathode impurity in the plasma decreases with the increase of the pressure, while the spectral intensity of the anode impurity increases gradually, but its growth rate decreases continuously. According to the analysis, the presence of metallic impurities originating from the electrode material limits the jet velocity of the plasma and is the main cause of the deviation from theoretical value. The plasma pinch effect at the nozzle of coaxial gun and the acceleration time of high-density arc in the gun are important factors affecting anode ablation. The impurity of cathode material is produced by ion bombardment sputtering, which mainly depends on the energy attached to ions. Therefore, a reasonable choice for discharge parameters is the key factor to obtain optimal plasma characteristics during the discharge of the coaxial gun.

Carbon dots (CDs) prepared from biomass usually produce poor quantum yield and reproducibility. A fine separation of raw materials may enhance the fluorescence performance. In this work, embryos of cumin seeds were precisely chosen as the carbon source to prepare (CDs) through hydrothermal method. The obtained product (CDs-E) possessed a higher quantum yield of 10.60 % than those synthesized with testas or whole seeds, which may be due to the relatively smaller particle size and more C-N functional groups. Rutin, as a common natural active component, could quench the fluorescence of CDs-E notably through internal filtering effect. Herein, a highly selective fluorescent sensor based on CDs-E for detecting rutin was proposed with a linearity range of 0.05 ∼ 30 μM and a detection limit of 0.015 μM obtained. Additionally, the developed method was successfully applied for the detection of rutin in Flos Sophorae, rutin tablets and capsules. This work showed the significance of fine classification for natural carbon source in preparation of CDs and provided a feasible method for quality monitoring of rutin-related pharmaceuticals, health care products and traditional Chinese medicinal materials.