Autonomous waves and global motion modes in living active solids

活性物质 物理 各向同性 经典力学 跳跃 激发态 机械 光学 量子力学 生物 细胞生物学
作者
Haoran Xu,Yulu Huang,Rui Zhang,Yilin Wu
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
卷期号:19 (1): 46-51 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41567-022-01836-0
摘要

Elastic active matter or active solid consists of self-propelled units embedded in an elastic matrix. Active solid resists deformation; the shape-preserving property and the intrinsic non-equilibrium nature make active solids a superior component for self-driven devices. Nonetheless, the mechanical properties and emergent behavior of active solids are poorly understood. Using a biofilm-based bacterial active solid, here we discovered self-sustained elastic waves with unique wave properties not seen in passive solids, such as power-law scaling of wave speed with activity. Under isotropic confinement, the active solid develops two topologically distinct global motion modes that can be selectively excited, with a surprising step-like frequency jump at mode transition. Our findings reveal novel spatiotemporal order in elastic active matter and may guide the development of solid-state adaptive or living materials.
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