Top-down, decoupled control of constitutive parameters in electromagnetic metamaterials with dielectric resonators of internal anisotropy

Electromagnetic metamaterials (MMs) are artificial composites that exhibit exceptional physical characteristics. Their design, which relies on the retrieving of the effective medium parameters, is usually a very time-consuming process because of the high number of full-wave simulations involved in this task. To alleviate the related computational burden, we propose to use a Multi-fidelity Surrogate Modelling (MFSM) approach. Numerical results demonstrate that this methodology turns out to be promising for a quick evaluation of the scattering parameters from which the effective constitutive parameters of a MM are retrieved, as shown by two numerical examples.

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Acoustic Willis meta-atom beyond the bounds of passivity and reciprocity

Communications Physics ◽

10.1038/s42005-021-00584-6 ◽

2021 ◽

Vol 4 (1) ◽

Author(s):

Choonlae Cho ◽

Xinhua Wen ◽

Namkyoo Park ◽

Jensen Li

Keyword(s):

Bulk Modulus ◽

Acoustic Waves ◽

Mass Density ◽

Frequency Dispersion ◽

Active Metamaterials ◽

Decoupled Control ◽

Meta Atom ◽

Constitutive Parameters

AbstractWillis metamaterial enables exotic manipulations of acoustic waves with a precise combination of bulk modulus, mass density, and Willis parameters. While the realization of unrestricted and completely decoupled constitutive parameters would extend the horizon of future applications, the restriction of passivity and reciprocity dictate a hard bound in the values of achievable polarizabilities and correlations between them. Here, we break the bound of passivity and reciprocity by instituting a basis and independent kernel for each constitutive polarization in a virtualized metamaterial platform, active metamaterials realizing artificial polarization with the digital convolution. We demonstrate decoupled control of all four constitutive parameters in a nonreciprocal regime, at the same time achieving values of polarizabilities beyond the passivity limit. Broadband, flat-response nonreciprocal Willis coupling is also demonstrated with analytically designed causal frequency dispersion. Our approach will be useful for nonreciprocal wave manipulation and communication for broadband operation.

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Top-Down Processing and Visual Reorientation Illusions in a Virtual Reality Environment

Swiss Journal of Psychology ◽

10.1024/1421-0185.63.3.143 ◽

2004 ◽

Vol 63 (3) ◽

pp. 143-149 ◽

Cited By ~ 3

Author(s):

Fred W. Mast ◽

Charles M. Oman

Keyword(s):

Virtual Reality ◽

Visual Processing ◽

Line Length ◽

Perceptual Cues ◽

Virtual Reality Environment ◽

Top Down ◽

Test Conditions ◽

The Subject ◽

Processing Mechanisms

The role of top-down processing on the horizontal-vertical line length illusion was examined by means of an ambiguous room with dual visual verticals. In one of the test conditions, the subjects were cued to one of the two verticals and were instructed to cognitively reassign the apparent vertical to the cued orientation. When they have mentally adjusted their perception, two lines in a plus sign configuration appeared and the subjects had to evaluate which line was longer. The results showed that the line length appeared longer when it was aligned with the direction of the vertical currently perceived by the subject. This study provides a demonstration that top-down processing influences lower level visual processing mechanisms. In another test condition, the subjects had all perceptual cues available and the influence was even stronger.

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Functional Anatomy of Intensity Aspects of Attention

Zeitschrift für Neuropsychologie ◽

10.1024/1016-264x.14.3.181 ◽

2003 ◽

Vol 14 (3) ◽

pp. 181-190 ◽

Cited By ~ 2

Author(s):

Walter Sturm

Keyword(s):

Right Hemisphere ◽

Functional Anatomy ◽

Fmri Data ◽

Functional Networks ◽

Top Down ◽

Stimulus Modality ◽

Spatial Orienting ◽

Phasic Alertness ◽

Co Activation ◽

Attention System

Abstract: Behavioral and PET/fMRI-data are presented to delineate the functional networks subserving alertness, sustained attention, and vigilance as different aspects of attention intensity. The data suggest that a mostly right-hemisphere frontal, parietal, thalamic, and brainstem network plays an important role in the regulation of attention intensity, irrespective of stimulus modality. Under conditions of phasic alertness there is less right frontal activation reflecting a diminished need for top-down regulation with phasic extrinsic stimulation. Furthermore, a high overlap between the functional networks for alerting and spatial orienting of attention is demonstrated. These findings support the hypothesis of a co-activation of the posterior attention system involved in spatial orienting by the anterior alerting network. Possible implications of these findings for the therapy of neglect are proposed.

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Auswirkungen eines Aufmerksamkeitstrainings auf die aphasische Symptomatik bei Schlaganfallpatienten

Zeitschrift für Neuropsychologie ◽

10.1024/1016-264x/a000027 ◽

2011 ◽

Vol 22 (1) ◽

pp. 21-32 ◽

Cited By ~ 2

Author(s):

Julia Graf ◽

Hartwig Kulke ◽

Christa Sous-Kulke ◽

Wilfried Schupp ◽

Stefan Lautenbacher

Keyword(s):

Top Down

Aufmerksamkeit kann als Kontrollsystem neuronaler Aktivität verstanden werden, welches Neuroplastizität top-down modulieren hilft. Bisher wurde selten versucht, durch deren gezielte Förderung Funktionswiederherstellungen nach Hirnschädigung zu begünstigen. In vorliegender Studie wurde dies am Beispiel der Aphasie erprobt. 15 Schlaganfallpatienten erhielten ein dreiwöchiges Training der selektiven Aufmerksamkeit mit den PC-Programmen CogniPlus und „Konzentration“ bei fünf Sitzungen pro Woche zusätzlich zur Standardtherapie, 13 weitere bildeten eine Kontrollgruppe ohne Aufmerksamkeitstraining. Zur Effektivitätskontrolle dienten zwei Versionen des Untertests Go/Nogo (Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung) und die Kurze Aphasieprüfung. Nach dem Training manifestierte sich zwischen den Untersuchungsgruppen kein Unterschied in Aufmerksamkeits- und Sprachfunktionen; das zusätzliche Aufmerksamkeitstraining war also wirkungslos. Allerdings zeigten Patienten mit deutlichen Aufmerksamkeitsverbesserungen tendenziell weniger Aphasie-Symptome, was die Hypothese aufmerksamkeitsvermittelter Plastizitätsmodulation nach Hirnschädigung partiell stützt.

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Aufmerksamkeitswechsel und Konzentration: Von den Funktionen zum Mechanismus

Zeitschrift für Psychologie / Journal of Psychology ◽

10.1026//0044-3409.209.1.34 ◽

2001 ◽

Vol 209 (1) ◽

pp. 34-53 ◽

Cited By ~ 1

Author(s):

Rainer Bösel

Keyword(s):

Top Down ◽

Eeg Alpha

Zusammenfassung. Aufmerksamkeit wird sowohl als Selektivität in der bewußter Verarbeitung oder auch als selektive neuronale Aktivierung verstanden. Die neuronalen Strukturen, die Objektdiskrimination ermöglichen, erlauben eine Interaktion von datengetriebenen und endogenen top-down Prozessen, die zu einer selektiven Bereitstellung von Verarbeitungs-Ressourcen führen. Zielgerichtetes Verhalten erfordert manchmal einen Wechsel in der Ressourcen-Bereitstellung und eine Konzentration von mentaler Aktivität. Aufmerksamkeitswechsel kann als ein zweiphasiger Prozeß verstanden werden, der aus einer breiten Mobilisierung von Gedächtnis-Ressourcen besteht (angezeigt durch EEG-Theta), gefolgt von einer re-organisierenden Einengung neuronaler Aktivität (angezeigt durch langsames EEG-Alpha). Dieser Beitrag unterstützt die Annahme, daß die Analyse des gekoppelten Wechselspiels aus Mobilisierung und Konzentration in bestimmten Teilen der posterioren und anterioren Rindenregionen ein Schlüssel für das Verständnis von Aufmerksamkeitswechsel sein könnte.

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