The first part of this thesis deals with the basic division of magnetic circuits and materials which are used for their construction. The next section focuses on the description of losses in the magnetic circuit. There is a description of hysteresis losses and eddy losses. The chapter contains the theoretical basis for the mathematical description of hysteresis and eddy losses. There is an analysis of the losses caused by the first harmonious and additional losses caused by harmonics. The third part describes the measurement of losses in ferromagnetic materials. There are all methods that are used. The fourth and fifth chapter is devoted to practical measurement hysteresis losses 1. phase transformer and measuring eddy losses in the inductor using the pulse method.

Die vorliegende Arbeit behandelt integrierte Hochvolt-Schaltungen für die Ansteuerung elektrostatisch arbeitender Mikroaktoren und Mikroaktorarrays. Im Besonderen wird auf die Gesichtspunkte der Treiberschaltungen von Torsionsspiegelarrays eingegangen. Es werden verschiedene Verstärkerbetriebsarten und Schaltungsvarianten hinsichtlich der Ansteuerung kleiner kapazitiver Lasten beurteilt. Für die hocheffiziente Signalübertragung zwischen Low-Side und High-Side in geschalteten Hochvolt-Verstärkern wird ein neuer dynamischer Level-Shifter vorgestellt. Anhand eines gebondeten Mikroelektronik-Mikromechanik-Aufbaus für ein Hadamard-Transformations-Spektrometer werden die speziellen Aspekte des Elektronikentwurfs für ein System-in-Package aufgezeigt. Als Entwurfsgrundlage wird ein Überblick über die wesentlichen Isolationstechnologien für integrierte Hochvolt-Schaltungen und über die Bauelementemodellierung in einer SOI-Technologie ausgearbeitet. Außerdem werden die Vor- und Nachteile der wichtigsten Antriebsprinzipien von Mikroaktoren zusammengefasst.

This thesis reports the inspection and manipulation of thin ferroelectric films of lead titanate (PbTiO3 : PTO), lead zirconium titanate (Pb(Zr0.25Ti0.75)O3 : PZT), and barium titanate (BaTiO3 : BTO) by means of scanning force microscopy - specifically Piezoresponse and Kelvin-Probe. The film thickness of the investigated samples ranged between 50nm and 800nm. This experimental work focussed on the following issues: native domain structures, creation of domains by short voltage pulses and area-switching with the force microscope, local qualitative and quantitative measurements of the ferroelectric hysteresis loops, and investigations at the interface between film and platinum-electrode in the PZT/Pt-System. Lamellar domain structures were visualized with high lateral resolution of 5nm on the surface of the PTO-samples, whereas the PZT- and BTO-samples showed prepolarisation and no domains. In the switching experiments a pronounced thickness dependence was found and partly a good agreement to macroscopic measurements. For BTO-films of 50nm and 125nm thickness no stable switching of polarisation could be observed. Using appropriate preparation methods it was possible to provide evidence of a 200nm thick interface layer with reduced polarisation above the electrode in the PZT/Pt-system. / Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung dünner ferroelektrischer Schichten von Bleititanat (PbTiO3 : PTO), Bleizirkoniumtitanat (Pb(Zr0.25Ti0.75)O3 : PZT) und Bariumtitanat (BaTiO3 : BTO) und deren Manipulation auf der sub-µm-Skalamittels Rasterkraftmikroskopie. Die Dicke der Schichten lag im Bereich von 50nm bis 800nm. Zum Einsatz kamen die Meßmodi Piezoresponse und Kelvin-Sonde. Die experimentelle Arbeit erstreckte sich über die Abbildung von Domänenstrukturen, die Erzeugung von Domänen durch kurze Spannungspulse und flächiges Umschalten mit dem Kraftmikroskop, lokale qualitative und quantitative Messungen der ferroelektrischen Hysterese, sowie Untersuchungen an der Grenzschicht zwischen Film und Platin-Elektrode am PZT/Pt-System. Lamellenartige Domänenstrukturen konnten mit hoher lateraler Auflösung von 5nm auf der Oberfläche von PTO abgebildet werden. Die PZT- und BTO-Proben waren vorpolarisiert und es ließen sich keine Domänen nachweisen. Bei den Schaltversuchen wurde eine ausgeprägte Schichtdickenabhängigkeit der Koerzitivfeldstärken und teilweise gute Übereinstimmung mit makroskopischen Messungen gefunden. Für dünne BTO-Schichten von 50nm und 125nm Dicke konnte kein stabiles Umschalten der Polarisation gezeigt werden. Mittels geeigneter Präparation der PZT/Pt-Grenzschicht konnte durch direkte Messung eine Schicht von 200nm Dicke mit verminderter Polarisation oberhalb der Elektrode nachgewiesen werden.

Das Ziel dieser Arbeit ist die optische Untersuchung von ferroelektrischen Domänen und Domänenwänden auf lokaler Skala. Dafür wurden neuartige nichtinvasive Ansätze entwickelt, die auf der Anwendung optischer Rastersondenmikroskopie basieren. Die untersuchten Schlüsseleigenschaften umfassen den elektrooptischen Effekt für verschiedene Domänenorientierungen und die Brechungindexänderungen an Domänenwänden an Bariumtitanat-Einkristallen. Die lokale Messung der elektrooptischen Eigenschaften wurde mit räumlich stark begrenzten elektrischen Feldern durchgeführt, die mittels elektrisch leitfähigen Spitzen angelegt wurden. Dieser experimentelle Ansatz erlaubt nicht nur die Messung verschiedener elektrooptischer Koeffzienten, sondern auch die Unterscheidung von allen auftretenden, auch antiparallelen, Domänenausrichtungen. Durch Anlegen eines zusätzlichen elektrischen Feldes mittels der gleichen Spitze konnte auch das ferroelektrische Schalten mit dieser optischen Methode untersucht werden. Die Experimente wurden durch eine numerische Modellierung der elektrischen Feldverteilung und der resultierenden elektrooptischen Antwort begleitet. Die Ergebnisse der Modellierung sind dabei in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Dies erlaubt auch die Trennung von Beiträgen verschiedener elektrooptischer Koeffzienten und den entsprechenden Feldkomponenten. ür die experimentelle Untersuchung von den theoretisch vorhergesagten Brechungsindexprofilen einzelner Domänenwände, wurde die Sensitivität der optischen Sonde auf lokale Änderungen des Brechungsindex mittels Polarisations- und Positionsmodulation erhöht. Obwohl die Abbildung einer einzelnen Domänenwand nicht gelang, konnte damit zumindest eine obere Grenze für den optischen Effekt einer Domänenwand experimentell gewonnen werden, welche verträglich mit den theoretischen Vorhersagen ist. / The goal of this thesis is the optical investigation of ferroelectric domains and domain walls at the very local scale. For that, novel noninvasive approaches based on optical scanning probe microscopy are developed. The key properties investigated are the electrooptic effect for different domain orientations and refractive-index changes at single domain walls of barium titanate single crystals. The local probing of the electro-optic response is performed with strongly confined electric fields, applied via a conductive tip. With this approach we can not only probe different electro-optic coeffcients, but also identify all occurring domain orientations, even antiparallel ones. The application of additional bias fields by the same tip is used to investigate ferroelectric switching and domain growth by optical means. The experiments are supported by numerical modelling of the electric-field distribution and the resulting electro-optic response. The modelling shows excellent agreement with the measurements, and allows us to separate the contributions of different electro-optic coeffcients and their associated electric-field components. For the experimental observation of the theoretically predicted refractive-index profiles at single ferroelectric domain walls, polarization and position modulation of the optical probe is used to obtain high sensitivity to local modifications of the refractive index. An upper limit to the optical effect to the optical effect of a single domain wall is deduced from the experiment, which is compatible with the effect predicted by theory.

The achievable accuracy of hygrothermal building component simulation is significantly dependent on the applied material functions. These functions are determined by the material modelling marking the connection between the basic storage and transport parameters which are obtained from basic measurements, and the storage and transport coefficients which are defined within the balance and flow equations. It is the aim of the present study to develop a flexible and widely applicable material model which is not restricted to the current level of the transport theory. Furthermore, limits and options of this model are to be validated by means of four building materials on the basis of special transient moisture profile measurements. The study’s starting point is a comprehensive investigation of both, the different existing modelling approaches and the available experimental methods to determine basic hygrothermal material parameters. On this basis, the material modelling is set into the context of the heat and moisture transport theory derived from thermodynamics. The involved limits and restrictions are highlighted and options as well as requirements for further developments are pointed out. The developments this study focuses on comprise three fields: experiments for basic property determination, material modelling, and experiments for material model validation. The set of basic material investigation methods has been extended by the drying experiment under defined conditions. The different influences on the drying as well as its application to hygrothermal material model calibration are pointed out and appraised. On this basis, a drying apparatus is designed, built and applied. Ultimately, standardisation criteria and the derivation of a single-value drying coefficient are evaluated. Appropriate extensions are indicated. Based on the bundle of tubes approach, an own material model is developed. It is coupled with a mechanistical approach accounting for serial and parallel structured moisture transport phenomena. The derived liquid water conductivity is adjusted by the help of measured conductivity data close to saturation as well as within the hygroscopic moisture range. Subsequently, two internal modelling parameters are calibrated which is done by numerical simulation of the water uptake and the drying experiment under consideration of the hysteresis of moisture storage. Facilitating its application to the obtained laboratory data, the material model has been implemented into a computer program. It is applied to the four building materials brick, lime-sand brick, aerated concrete and calcium silicate. The adjusted material functions are shown and discussed. In all four cases, the calibration provides an excellent agreement between measured and calculated material behaviour. As experimental basis of the material model validation, the instantaneous profile measurement technique (IPM) has been extended to be applied in Building Physics. Special equipment is developed and measurement procedures are designed. Different models to derive the water content from dielectric data obtained by Time Domain Reflectometry (TDR) measurements are evaluated and implemented. Ultimately, an extensive program of transient moisture profile measurements within the hygroscopic and the overhygroscopic moisture content range is conducted and evaluated. Within the frame of validation, the developments on the experimental as well as on the modelling fields are combined. The IPM experiments are recalculated on the basis of the measured initial and boundary conditions applying the adjusted and calibrated material functions. The comparison of measured and calculated data reveals the power of the developed material modelling just as the consequences of the simplifications made on the transport theory level. The distinct influences of the hysteresis of moisture storage consisting of effects depending on the process history and effects depending on the process dynamics, are proven. By the presented study, the material modelling has been decisively further developed, the set of basic measurement methods has been extended by a substantial experiment and the instantaneous profile measurement technique has been made applicable to Building Physics. Moreover, the influences of the process history and the process dynamics on the moisture transport and the resulting moisture profiles could be shown and proven. By that, not only a material model is now available which perfectly applies to the requirements of flexibility, applicability and extendability. The obtained data provides also a powerful basis for further research and development. / Die Genauigkeit hygrothermischer Bauteilsimulation hängt maßgeblich von den verwendeten Materialfunktionen ab. Sie werden durch die Materialmodellierung bestimmt, welche die Verbindung zwischen den aus Basisexperimenten gewonnenen Speicher- und Transportparametern sowie den innerhalb der Bilanz- und Flussgleichungen definierten Speicher- und Transportkoeffizienten herstellt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist zum einen die Entwicklung eines flexiblen, breit anwendbaren und gleichzeitig nicht auf den gegenwärtigen Stand der Transporttheorie beschränkten Materialmodells. Dessen Grenzen und Möglichkeiten sollen zum anderen auf der Grundlage spezieller instationärer Feuchteprofilmessungen anhand von vier Baustoffen untersucht und aufgezeigt werden. Ausgangspunkt der Arbeit ist eine ausführliche Beleuchtung sowohl der vorhandenen Modellansätze als auch der zur Verfügung stehenden experimentellen Methoden zur Bestimmung hygrothermischer Basisparameter. Auf dieser Grundlage wird die Materialmodellierung in den Kontext der aus der Thermodynamik abgeleiteten Wärmeund Feuchtetransporttheorie eingeordnet. Die damit verbundenen Grenzen und Einschränkungen werden hervorgehoben und Entwicklungsmöglichkeiten sowie weiterer Entwicklungsbedarf aufgezeigt. Dieser umfasst drei Bereiche: die Experimente zur Bestimmung von Basisparametern, die Materialmodellierung, sowie Experimente zur Modellvalidierung. Die Reihe der Basisexperimente wird um den Trocknungsversuch unter definierten Bedingungen erweitert. Die verschiedenen Einflüsse auf die Trocknung und deren Anwendung in der Kalibrierung hygrothermischer Materialmodellierung werden herausgestellt und bewertet. Darauf aufbauend wird eine Apparatur entworfen, gebaut und angewendet. Schließlich werden Kriterien zur Standardisierung und Ableitung eines Einzahlenkennwertes evaluiert. Sinnvolle Erweiterungen werden aufgezeigt. Es wird ein eigenes Materialmodell auf der Grundlage eines Porenbündelansatzes hergeleitet, welches mit einem mechanistischen Ansatz gekoppelt wird, der den Feuchtetransport in seriell und parallel strukturierte Bereiche untergliedert. Die abgeleitete Flüssigwasserleitfähigkeit wird anhand von Leitfähigkeitsmessdaten im nahe gesättigten sowie im hygroskopischen Feuchtebereich justiert. Zwei interne Modellparameter werden anschließend unter Berücksichtigung der Hysterese der Feuchtespeicherung anhand des Aufsaug- und des Trocknungsversuches kalibriert. Das Materialmodell ist zur Erleichterung der Anwendung in ein Computerprogramm zur Anpassung an die Labordaten implementiert worden. Das Programm wird auf die vier Baustoffe Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton und Calciumsilikat angewendet. Die entsprechend angepassten Materialfunktionen werden gezeigt und diskutiert. Im Rahmen der Kalibrierung wird eine hervorragende Übereinstimmung zwischen gemessenem und berechnetem Materialverhalten erreicht. Zur Modellvalidierung wird die Augenblicksprofilmethode (IPM) für die bauphysikalische Anwendung erweitert. Spezielle Apparaturen werden entwickelt und Versuchsabläufe entworfen. Modelle zur Ableitung des Wassergehaltes aus mit Hilfe der Time Domain Reflectometry (TDR) gewonnenen Dielektrizitätsmessdaten werden evaluiert und implementiert. Schließlich wird ein umfangreiches Programm an Feuchteprofilmessungen im hygroskopischen und überhygroskopischen Feuchtebereich umgesetzt und ausgewertet. Im Rahmen der Validierung werden die Entwicklungen auf experimenteller sowie auf Modellierungsebene zusammengeführt. Die IPM Experimente werden anhand der gemessenen Anfangs- und Randbedingungen und auf der Grundlage der angepassten und kalibrierten Materialfunktionen nachgerechnet. Der Vergleich zwischen Messung und Rechnung offenbart die Stärke der entwickelten Materialmodellierung ebenso, wie den Einfluss der auf Ebene der Transporttheorie getroffenen Vereinfachungen. Ein deutlicher Einfluss der sich aus der Prozessgeschichte sowie der Prozessdynamik zusammensetzenden Hysterese der Feuchtespeicherung kann nachgewiesen werden. Mit der vorliegenden Arbeit ist somit nicht nur die Materialmodellierung entscheidend weiterentwickelt, die Reihe der einfachen Basisexperimente um einen wesentlichen Versuch erweitert und die Augenblicksprofilmethode für bauphysikalische Belange anwendbar gemacht worden, es wurden auch die Einflüsse der Prozessgeschichte, und erstmals auch der Prozessdynamik, auf den Feuchtetransport sowie die sich einstellenden Feuchteprofile deutlich aufgezeigt und nachgewiesen. Es ist demnach nicht nur ein Materialmodell, welches den gestellten Anforderungen an Flexibilität, breite Anwendbarkeit und Erweiterbarkeit genügt, entwickelt worden, es wird mit den gewonnenen Messdaten auch die Grundlage weiterer Forschung zur Verfügung gestellt.

Corrosion protection is very significant for metals in modern society from the view of industrial development. This thesis work project involves a research study that is aimed to investigate the effect of corrosion on the mechanical strength and magnetic properties of four no treated or treated Somaloy® component samples (Somaloy®700 1P,  Somaloy®700 3P, Somaloy®700HR 5P and Somaloy®110i 5P) provided by Höganäs AB and laminated steel sheets by salt spray test. The coatings for protection are phosphoric acid coating, sodium silicate coating, DCA-Modified silicone conformal coating and water-borne single coat paint respectively. Then the protective properties are evaluated by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in 0.1 mol/L NaCl solution after 7 days exposure.   From transverse rupture strength (TRS) and hysteresis loop measurements by salt spray test, although the bar samples are treated coating, the corrosion decreases the mechanical strength to a certain extent more or less over time. For the magnetic properties, the corrosive environments hardly influence the magnetic parameters of the no treated or four types of coatings treated Somaloy® components. But the all kinds of magnetic parameters for laminated ring samples have a great variation after salt spray test.   In the EIS measurements, for the no treated samples, the initial corrosion resistance is only several hundred ohms and decreases after 1 hour, 8 hours and 1day exposure, then increases to a certain extent with time due to the corrosion products formed on the surface. For the sodium silicate coating, the initial corrosion resistance is approximately several ten thousands ohms and decreases rapidly only after 1 day exposure to several hundred ohms due to the sodium silicate film dissolves in the electrolyte solution and has no effective protective property. Then the following corrosion process is almost same as the no treated samples. For the water-borne single coat paint, the initial corrosion resistance can reach to several Giga-ohms and decreases over time, but can still stay at  level, indicating that this coating has a very good and effective protective properties.   EIS experiments indicate that water-borne single coat paint has a more effective protection than sodium silicate coating and can apply a better corrosion protection for the Somaloy® components   Key words: corrosion protection, soft magnetic composites, phosphoric acid coating, sodium silicate coating, DCA-Modified silicone conformal coating , water-borne single coat paint, salt spray test, TRS, hysteresis loop, EIS

The eciency of electrical machines is of major concern due to their widespread usage and the globally increasing awareness of energy consumption issues. Iron losses have a signicant impact on the total and thus researchers and manufacturers of electrical machines are developing dierent strategies in order to reduce them. The iron losses are highly dependent on the magnetic material that is used and thus it is necessary to identify its relevant characteristics. In this work, the development of a control system for inducing a pure sinusoidal magnetic ux density in the magnetic material is described. This is necessary in order to perform characterisation of the magnetic material. The main diculty is the highly non-linear and hysteretic relationship between the magnetic eld strength and the magnetic ux density. In order to mitigate the eect of the hysteresis, a mathematical inverse model was used in the control system. To nd a suitable model, an extensive study of literature was performed and discussed in this work. The Preisach model and its dynamic extension was chosen as the most suitable approach. A detailed description of both theory and implementation details is provided in this work. Furthermore, the model is validated by comparing simulation against measurement data for two dierent materials. In the last part of this work, the inverse model is combined with a controller to form a feedback control system. Two dierent control schemes are investigated: a simpler PI controller and a more elaborate disturbance observer (DOB) based control scheme. The DOB is used to observe the hysteresis inversion error and the observation is used to correct for the error. The controller's ability to produce a pure sinusoidal magnetic ux density was assessed by simulations with dierent magnetic materials at varying frequencies. / Verkningsgraden for elmotorer ar av okande intresse pa grund av deras omfattande anvandning och vaxande oro for globala energiforbrukningsfragor. Jarnforluster har ett stort inytande i de totala forlusterna och ar darfor ett viktigt omrade for forskare och tillverkare av elektriska motorer. Jarnforlusterna beror till stor del av det magnetiska materialet som anvands i konstruktion av elmotorer och det ar darfor nodvandigt att identiera materialets egenskaper. I det har arbetet beskrivs utvecklingen av ett reglersystem for att inducera en ren sinusformat magnetisk odestathet i ett magnetiskt material. Detta ar nodvandigt for att kunna bestamma det magnetiska materialets egenskaper under kontrollerade forhallanden. Huvudsvarigheten ar det icke-linjara sambandet mellan magnetiska faltstyrkan och odest atheten. Sambandet formar en hysteres och for att eliminera dess inytande anvandes en matematisk invers model. For att hitta en lamplig model genomfordes en literaturstudie och Preisach modellen och dess dynamiska utokning valdes. I detta arbete nns en detaljerad beskrivning av bade teorin bakom modellen och dess implementering. Modellen utvarderades genom att jamfora matvarden med simulationsresultat for olika magnetiska material. I sista delen av detta arbete kombineras inversmodellen med ett reglerssystem for att kunna uppna en sinusformat odestathet i det magnetiska materialet. Tva olika regleralgoritmer utvarderas, en enklare PI-regulator och en regulator som inkluderar en sa kallat "Disturbance Observer" (DOB). DOB:n anvandes for att observera felet som uppstar vid invertering av hysteresen och for att korrigera felet. De bada regulatorernas formaga attaterskapa en ren sinusformat magnetisk odestathet testas genom att genomfora simulationer for olika magnetiska material vid varierande frekvenser.

<p>The present dissertation focuses on two themes: (i) elastic instability of flow and (ii) elastic instability of microscopic filaments.</p> <p><br></p> <p>(i) The presence of macromolecules often leads to the viscoelastic nature of industrial and biological fluids. The flow of viscoelastic fluids in porous media is important in many industrial, geophysical, and biological applications such as enhanced oil recovery, groundwater remediation, biofilm formation, and drug delivery. The stretching of polymeric chains as the viscoelastic fluid passes through the microstructure of the porous media induces large elastic stresses, which leads to viscoelastic instability at the Weissenberg number greater than a critical value, where the Weissenberg number quantifies the ratio of elastic to viscous forces. Viscoelastic instability can lead to a time-dependent chaotic flow even at negligible inertia, which is sometimes also known as elastic turbulence due to its analogous features to traditional inertial turbulence. In the present thesis, we investigate the pore-scale viscoelastic instabilities and the flow states induced by the instabilities in symmetric and asymmetric geometries. We found that the topology of the polymeric stress field regulates the formation of different flow states during viscoelastic instabilities. Viscoelastic instability-induced flow states exhibit hysteresis due to the requirement of a finite time for the transformation of polymeric stress topology. Further, we study viscoelastic flows through ordered and disordered porous geometries and explore the effect of viscoelastic instability on sample-scale transport properties. Viscoelastic instability enhances transverse transport in ordered porous media and longitudinal transport in disordered porous media. We also derive a relationship between the polymeric stress field and the Lagrangian stretching field. The Lagrangian stretching field helps to predict the feature of flow states and transport in complex flows. The experimental measurement of the polymeric stress field is extremely challenging. The framework established here can be used to obtain the topology of the polymeric stress field directly from the easily measured velocity field.  </p> <p><br></p> <p><br></p> <p>(ii) The interaction between flow and elastic filaments plays an important role in sperm and bacterial motility and cell division. The sperm cells of many organisms use long elastic flagellum to propel themselves and also face complex flows and boundaries during their search for egg cells. Strong flows have the potential to mechanically inhibit flagellar motility through elastohydrodynamic interactions. We explore the effects of an extensional flow on the buckling dynamics of sperm flagella through detailed numerical simulations and microfluidic experiments. Compressional fluid forces lead to rich buckling dynamics of the sperm flagellum beyond a critical dimensionless sperm number, which represents the ratio of viscous force to elastic force. Shear flows navigate the sperm cells in complex geometries and flows. We have also studied the effect of flow strength and flagellar elastic deformation on the sperm trajectory in simple shear and Poiseuille flows.</p>

The degree by which a species can adapt to the demands of its changing environment defines how well it can exploit the resources of new ecological niches. Since the nervous system is the seat of an organism's behavior, studying adaptation starts from there. The nervous system adapts through neuronal plasticity, which may be considered as the brain's reaction to environmental perturbations. In a natural setting, these perturbations are always changing. As such, a full understanding of how the brain functions requires studying neuronal plasticity under temporally varying stimulation conditions, i.e., studying the role of plasticity in carrying out spatiotemporal computations. It is only then that we can fully benefit from the full potential of neural information processing to build powerful brain-inspired adaptive technologies. Here, we focus on homeostatic plasticity, where certain properties of the neural machinery are regulated so that they remain within a functionally and metabolically desirable range. Our main goal is to illustrate how homeostatic plasticity interacting with associative mechanisms is functionally relevant for spatiotemporal computations. The thesis consists of three studies that share two features: (1) homeostatic and synaptic plasticity act on a dynamical system such as a recurrent neural network. (2) The dynamical system is nonautonomous, that is, it is subject to temporally varying stimulation. In the first study, we develop a rigorous theory of spatiotemporal representations and computations, and the role of plasticity. Within the developed theory, we show that homeostatic plasticity increases the capacity of the network to encode spatiotemporal patterns, and that synaptic plasticity associates these patterns to network states. The second study applies the insights from the first study to the single node delay-coupled reservoir computing architecture, or DCR. The DCR's activity is sampled at several computational units. We derive a homeostatic plasticity rule acting on these units. We analytically show that the rule balances between the two necessary processes for spatiotemporal computations identified in the first study. As a result, we show that the computational power of the DCR significantly increases. The third study considers minimal neural control of robots. We show that recurrent neural control with homeostatic synaptic dynamics endows the robots with memory. We show through demonstrations that this memory is necessary for generating behaviors like obstacle-avoidance of a wheel-driven robot and stable hexapod locomotion.

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