我们将布朗运动被动粒子拓展到一类“主动”粒子即细菌游动。 此系统成为一个新的研究领域，即主动物质（active matter）， 不同于寻常的非平衡态，例如细菌体系中粒子单元的局域化能量输出与耗散使系统偏离平衡态，甚至远离平衡态，这就给现有物理学提出了新的挑战。

      围绕如何预测细菌运动轨迹，细菌是否存在自我响应流场并调节运动取向，以及鞭毛几何形状不对称影响等，我们引入微弱流场、极低剪切率的泊肃叶流，构建基于“散焦”技术的拉格朗日参考系下高分辨高速跟踪技术，展示自驱动粒子运动的“个性化”的精细运动轨迹，研究个体细菌在弱流场下反常自驱动机制。

     增加细菌数密度，从而拓展到高浓度细菌拥挤环境下的集群运动，经典力学认为剪切下增加颗粒的浓度使黏度增加，而细菌体系高浓度下黏度下降。探索高浓度下集群运动，并建立这种集群运动、聚集与生物膜的关联，理解涌现、集群、聚集等现象的规律，从而为顽固性生物膜及由此产生的细菌抗药性，以及微生物污染上提供可行控制方法，关联集群运动与生物膜的形成，定量化生物膜稳定性的物理调控方法.