Chiral mode transfer of symmetry-broken states in anti-parity-time-symmetric mechanical system

Non-Hermitian systems with parity-time (PT) symmetry reveal rich physics beyond the Hermitian regime. As the counterpart of conventional PT symmetry, anti-parity-time (APT) symmetry may lead to new insights and applications. Complementary to PT-symmetric systems, non-reciprocal and chiral mode switching for symmetry-broken modes have been reported in optics with an exceptional point dynamically encircled in the parameter space of an APT-symmetric system. However, it has remained an open question whether and how the APT-symmetry-induced chiral mode transfer could be realized in mechanical systems. This paper investigates the implementation of APT symmetry in a three-element mass–spring system. The dynamic encircling of an APT-symmetric exceptional point has been implemented using dynamic-modulation mechanisms with time-driven stiffness. It is found that the dynamic encircling of an exceptional point in an APT-symmetric system with the starting point near the symmetry-broken phase leads to chiral mode switching. These findings may provide new opportunities for unprecedented wave manipulation in mechanical systems.

Hunting for Life on Mars by Studying Life on Earth

Modern-day Mars is a dry, harsh environment with no surface water, but billions of years ago it might have been water-rich, like Earth. Scientists believe that, as water was lost on Mars, the remaining water would have become increasingly salty and rich in sulphur. By researching environments on Earth with a similar chemistry, we can develop hypotheses about whether life could have existed on Mars. In our research, we studied Colour Peak, a sulphur-rich, salty spring system in the Canadian High Arctic. This environment contains bacteria that use sulphur to get their energy. By studying water and sediment samples from this region, we confirmed that bacteria that used sulphur as an energy source could potentially have lived on Mars. These results can help scientists who are analysing data from Mars missions to identify evidence of former life on Mars.

Composition and decomposition of visuomotor maps during manual tracking

Adapting hand movements to changes in our body or the environment is essential for skilled motor behavior, as is the ability to flexibly combine experience gathered in separate contexts. However it has been shown that when adapting hand movements to two different visuomotor perturbations in succession, interference effects can occur. Here we investigate whether these interference effects compromise our ability to adapt to the superposition of the two perturbations. Participants tracked with a joystick a visual target that followed a smooth but unpredictable trajectory. Four separate groups of participants (total n = 83) completed one block of 50 trials under each of three mappings: one in which the cursor was rotated by 90° (ROTATION), one in which the cursor mimicked the behavior of a mass-spring system (SPRING), and one in which the SPRING and ROTATION mappings were superimposed (SPROT). The order of the blocks differed across groups. Although interference effects were found when switching between SPRING and ROTATION, participants who performed these blocks first performed better in SPROT than participants who had no prior experience with SPRING and ROTATION (i.e., composition). Moreover, participants who started with SPROT exhibited better performance under SPRING and ROTATION than participants who had no prior experience with each of these mappings (i.e., decomposition). Additional analyses confirmed that these effects resulted from components of learning that were specific to the rotational and spring perturbations. These results show that interference effects do not preclude the ability to compose/decompose various forms of visuomotor adaptation.

Real-Time Cloth Simulation Using Compute Shader in Unity3D for AR/VR Contents

While the cloth component in Unity engine has been used to represent the 3D cloth object for augmented reality (AR) and virtual reality (VR), it has several limitations in term of resolution and performance. The purpose of our research is to develop a stable cloth simulation based on a parallel algorithm. The method of a mass–spring system is applied to real-time cloth simulation with three types of springs. However, cloth simulation using the mass–spring system requires a small integration time-step to use a large stiffness coefficient. Furthermore, constraint enforcement is applied to obtain the stable behavior of the cloth model. To reduce the computational burden of constraint enforcement, the adaptive constraint activation and deactivation (ACAD) technique that includes the mass–spring system and constraint enforcement method is applied to prevent excessive elongation of the cloth. The proposed algorithm utilizes the graphics processing unit (GPU) parallel processing, and implements it in Compute Shader that executes in different pipelines to the rendering pipeline. In this paper, we investigate the performance and compare the behavior of the mass–spring system, constraint enforcement, and ACAD techniques using a GPU-based parallel method.

Los efectos de la realidad virtual en niños con parálisis braquial obstétrica

La realidad virtual comprende el uso de escenas generadas a través de sistemas informáticos con las que el individuo puede interactuar, de forma que simula un entorno en el que la persona puede sumergirse. Un ejemplo de esto son los videojuegos. Debido al estímulo que ofrece, generando una atención muy elevada y ofreciendo una serie de objetivos, puede tener un papel muy importante en el mundo de la rehabilitación a la hora de potenciar el aprendizaje motor. Así se puede observar en los resultados del estudio llevado a cabo por los doctores S. El Shamy y R. Alshariff, de la Facultad de Fisioterapia de la Universidad de El Cairo, donde trabajan en el campo de la fisioterapia pediátrica en diferentes patologías, sobre todo neurológicas. En el estudio compararon los efectos de un tratamiento de fisioterapia convencional con un tratamiento de realidad virtual. Para ello, contaron con una muestra de 40 niños con diagnóstico de parálisis braquial obstétrica de tipo Erb, con un rango de edad de 5 a 8 años, que fueron asignados aleatoriamente en dos grupos de 20 sujetos cada uno. Un grupo recibió un programa de fisioterapia convencional y el otro grupo recibió un tratamiento con realidad virtual. Se valoró previamente la funcionalidad, la movilidad pasiva y la fuerza del hombro en movimientos de separación y rotación. En el grupo de fisioterapia convencional se intervino con ejercicios y terapia manual dirigidos a mejorar la función, la movilidad y la fuerza del miembro afecto. En el grupo de realidad virtual se trabajó con el sistema Armeo© Spring System. Este sistema combina la realidad virtual con un soporte robótico a modo de exoesqueleto, es decir, de un armazón externo articulado que rodea y cubre el miembro superior del paciente y que permite y facilita los movimientos de este. Estos movimientos son procesados por el exoesqueleto y enviados al sistema de realidad virtual, que lo integra en los diferentes programas de juegos que tiene y que pueden usarse según el objetivo que se quiera trabajar. Además, el soporte permite regular diferentes grados de movimiento y la asistencia de estos en función de la fuerza del paciente. Antes de las intervenciones no había diferencias significativas entre ambos grupos en las mediciones de funcionalidad, movilidad y fuerza. Tras las dos intervenciones, ambos grupos incrementaron los valores, pero con diferencias significativas entre ellos. El grupo de realidad virtual, mostró una mejoría superior en funcionalidad, movilidad y fuerza del brazo afecto en comparación con el grupo de tratamiento de fisioterapia convencional. “La realidad virtual puedetener un papel muy importante en el mundo de la rehabilitación a la hora de potenciar el aprendizaje motor” Las razones de su superioridad, podría deberse a las múltiples ventajas que el sistema Armeo© ofrece, como son los diferentes entornos de realidad virtual que dan un significado funcional a la tarea demandada y generan un feedback visual. Además, permite ajustar la dificultad a la condición del paciente y reproduce actividades del tipo alcanzar y coger que son de gran utilidad en el día a día. Si a esto le sumamos el aspecto motivacional que ofrece un juego, tenemos un sistema muy interesante para lograr los objetivos involucrando al paciente. Quizás el inconveniente más importante de este sistema puede ser los recursos necesarios para poder disponer de él, así como el espacio de tratamiento. Sin embargo, existen otras posibilidades más accesibles que ofrecen un tratamiento de realidad virtual. Por ejemplo, este mismo autor ha hecho investigación en niños con parálisis cerebral hemipléjica usando la consola Wii© y obtuvieron unos resultados interesantes en la mejora de la rigidez provocada por la espasticidad, la fuerza de agarre y la funcionalidad de la mano. Además, en los últimos años se han desarrollado plataformas que incluyen gafas de realidad virtual, que pueden aumentar esa sensación de inmersión en el mundo virtual y, de esta forma, conseguir un mayor estímulo. “La adición de la realidad virtual a un tratamiento convencional de fisioterapia es posible que se pueda potenciar los efectos de dicha intervención” Otra de las ventajas que nos ofrecen estos sistemas es que permiten una exposición gradual a ciertos movimientos que para este tipo de pacientes pueden generar aversión. Al introducir un componente de distracción, como es un juego y que no expone directamente a un movimiento en la realidad, pueden verse motivados a realizarlos.Sumando la realidad virtual a un tratamiento convencional enfocado en la funcionalidad, movilidad y fortalecimiento es posible que se pueda potenciar los efectos de dicha intervención y conseguir una mayor recuperación de los niños con parálisis braquial obstétrica. O, al menos, una mejor funcionalidad en su día a día. Conclusión Por tanto, la realidad virtual puede ser una herramienta a tener en consideración en la rehabilitación de niños con parálisis braquial obstétrica, aumentando la adhesión al tratamiento al incluir estímulos motivacionales y atencionales, mejorando el aprendizaje motor del paciente. Sin embargo, aún se necesitan más estudios para poder concluir si la realidad virtual, en combinación con un tratamiento convencional, es más efectiva que el tratamiento convencional de manera aislada en la parálisis braquial obstétrica. De momento, se puede valorar como una herramienta más del tratamiento con un posible futuro muy interesante. También abre la puerta al desarrollo de otros sistemas de realidad virtual que, si bien pueden no resultar tan completos a la hora de controlar diversos parámetros de movilidad o resistencia del movimiento, si pueden ser más económicos y por tanto accesibles.