journal article·2019Open access

Beating to rotational transition of a clamped active ribbon-like filament

Shalabh K. Anand, Raghunath Chelakkot, Sunil P. Singh

Soft Matter· Volume 15· Issue 39

Abstract

We present a detailed study of a clamped ribbon-like filament under a compressive active force using Brownian dynamics simulations. We show that a clamped ribbon-like filament is able to capture beating as well as rotational motion under the compressive force. The nature of oscillation is governed by the torsional rigidity of the filament. The frequency of oscillation is almost independent of the torsional rigidity. The beating of the filament gives a butterfly-shaped trajectory of the free-end monomer, whereas rotational motion yields a circular trajectory on a plane. The binormal correlation and the principal component analysis reveal the butterfly, elliptical, and circular trajectories of the free end monomer. We present a phase diagram for different kinds of motion in the parameter regime of compressive force and torsional rigidity.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Micro and Nano Robotics · Advanced Thermodynamics and Statistical Mechanics · Advanced Materials and Mechanics

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Physics

Indian Institute of Science Education and Research

Bhopal 462 066

India

Indian Institute of Technology Bombay, Powai

Mumbai 400 076

Funding

Science and Engineering Research Board

References (64)

Show source-provided references
1. Marchetti · Rev. Mod. Phys. · 2013 · 85 · 114310.1103/RevModPhys.85.1143 ↗
2. Elgeti · Rep. Prog. Phys. · 2015 · 78 · 05660110.1088/0034-4885/78/5/056601 ↗
3. Bechinger · Rev. Mod. Phys. · 2016 · 88 · 04500610.1103/RevModPhys.88.045006 ↗
4. Lauga · Rep. Prog. Phys. · 2009 · 72 · 09660110.1088/0034-4885/72/9/096601 ↗
5. Cates · Rep. Prog. Phys. · 2012 · 75 · 04260110.1088/0034-4885/75/4/042601 ↗
6. Ramaswamy · Annu. Rev. Condens. Matter Phys. · 2010 · 1 · 32310.1146/annurev-conmatphys-070909-104101 ↗
7. Brennen · Annu. Rev. Fluid Mech. · 1977 · 9 · 33910.1146/annurev.fl.09.010177.002011 ↗
8. Palacci · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 105 · 08830410.1103/PhysRevLett.105.088304 ↗
9. Jiang · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 105 · 26830210.1103/PhysRevLett.105.268302 ↗
10. Bricard · Nature · 2013 · 503 · 9510.1038/nature12673 ↗
11. Geyer · Nat. Mater. · 2018 · 17 · 78910.1038/s41563-018-0123-4 ↗
12. Romanczuk · Eur. Phys. J.-Spec. Top. · 2012 · 202 · 110.1140/epjst/e2012-01529-y ↗
13. Lauga · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2007 · 75 · 04191610.1103/PhysRevE.75.041916 ↗
14. Cates · EPL · 2013 · 101 · 2001010.1209/0295-5075/101/20010 ↗
15. Vicsek · Phys. Rev. Lett. · 1995 · 75 · 122610.1103/PhysRevLett.75.1226 ↗
16. Toner · Phys. Rev. Lett. · 1995 · 75 · 432610.1103/PhysRevLett.75.4326 ↗
17. Ghosh · Biophys. J. · 2014 · 107 · 106510.1016/j.bpj.2014.07.034 ↗
18. Eisenstecken · Polymers · 2016 · 8 · 30410.3390/polym8080304 ↗
19. Jiang · Soft Matter · 2014 · 10 · 101210.1039/c3sm52291a ↗
20. Isele-Holder · Soft Matter · 2015 · 11 · 718110.1039/C5SM01683E ↗
21. Laskar · New J. Phys. · 2017 · 19 · 03302110.1088/1367-2630/aa5f80 ↗
22. Anand · Phys. Rev. E · 2018 · 98 · 04250110.1103/PhysRevE.98.042501 ↗
23. Isele-Holder · Soft Matter · 2016 · 12 · 849510.1039/C6SM01094F ↗
24. Anand · Soft Matter · 2019 · 15 · 400810.1039/C9SM00027E ↗
25. Chelakkot · J. R. Soc., Interface · 2014 · 11 · 2013088410.1098/rsif.2013.0884 ↗
26. Jayaraman · Phys. Rev. Lett. · 2012 · 109 · 15830210.1103/PhysRevLett.109.158302 ↗
27. Laskar · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 196410.1038/srep01964 ↗
28. De Canio · J. R. Soc., Interface · 2017 · 14 · 2017049110.1098/rsif.2017.0491 ↗
29. Elgeti · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2013 · 110 · 447010.1073/pnas.1218869110 ↗
30. Chakrabarti · Phys. Rev. Fluids · 2019 · 4 · 04310210.1103/PhysRevFluids.4.043102 ↗
31. Ling · J. R. Soc., Interface · 2018 · 15 · 2018059410.1098/rsif.2018.0594 ↗
32. Fatehiboroujeni · J. Comput. Nonlinear Dyn. · 2018 · 13 · 12100510.1115/1.4041681 ↗
33. Doostmohammadi · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 324610.1038/s41467-018-05666-8 ↗
34. Ndlec · Nature · 1997 · 389 · 30510.1038/38532 ↗
35. Schaller · Nature · 2010 · 467 · 7310.1038/nature09312 ↗
36. Sanchez · Nature · 2012 · 491 · 43110.1038/nature11591 ↗
37. Lindemann · J. Cell Sci. · 2010 · 123 · 51910.1242/jcs.051326 ↗
38. Lindemann · Biol. Cell · 2004 · 96 · 68110.1016/j.biolcel.2004.08.001 ↗
39. Sleigh · Symp. Soc. Exp. Biol. · 1968 · 131
40. Vilfan · Nano Lett. · 2019 · 19 · 335910.1021/acs.nanolett.9b01091 ↗
41. Fulford · J. Theor. Biol. · 1986 · 121 · 38110.1016/S0022-5193(86)80098-4 ↗
42. Nonaka · Nature · 2002 · 418 · 9610.1038/nature00849 ↗
43. Sawamoto · Science · 2006 · 311 · 62910.1126/science.1119133 ↗
44. Shields · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2010 · 107 · 1567010.1073/pnas.1005127107 ↗
45. Sanchez · Science · 2011 · 333 · 45610.1126/science.1203963 ↗
46. Nishiguchi · New J. Phys. · 2018 · 20 · 01500210.1088/1367-2630/aa9b48 ↗
47. Dreyfus · Nature · 2005 · 437 · 86210.1038/nature04090 ↗
48. Giomi · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 104 · 23810410.1103/PhysRevLett.104.238104 ↗
49. Sarkar · J. Chem. Phys. · 2017 · 146 · 15490110.1063/1.4979946 ↗
50. Yang · J. Chem. Phys. · 2018 · 148 · 21490410.1063/1.5029967 ↗
51. Saggiorato · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 141510.1038/s41467-017-01462-y ↗
52. I. Jolliffe , Principal Component Analysis , American Cancer Society , 2005
53. Werner · PLoS One · 2014 · 9 · e11308310.1371/journal.pone.0113083 ↗
54. Stephens · PLoS Comput. Biol. · 2008 · 4 · e100002810.1371/journal.pcbi.1000028 ↗
55. Ma · Phys. Rev. Lett. · 2014 · 113 · 04810110.1103/PhysRevLett.113.048101 ↗
56. Golestanian · Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. · 2000 · 62 · 548810.1103/PhysRevE.62.5488 ↗
57. Liverpool · Phys. Rev. Lett. · 1998 · 80 · 40510.1103/PhysRevLett.80.405 ↗
58. Pooley · Phys. Rev. Lett. · 2007 · 99 · 22810310.1103/PhysRevLett.99.228103 ↗
59. Yang · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2008 · 78 · 06190310.1103/PhysRevE.78.061903 ↗
60. Brumley · eLife · 2014 · 3 · e0275010.7554/eLife.02750 ↗
61. Tirado · J. Chem. Phys. · 1984 · 81 · 204710.1063/1.447827 ↗
62. M. Doi and S. F.Edwards , The theory of polymer dynamics , Oxford University Press , 1988 , vol. 73
63. Brokaw · J. Exp. Biol. · 1971 · 55 · 28910.1242/jeb.55.2.289 ↗
64. Cibert · Cell Motil. Cytoskeleton · 2004 · 59 · 15310.1002/cm.20031 ↗