Ученые создали простой гелевый «мозг», который учится лучше играть в понг

Небольшая капля мягкого прозрачного геля может не только играть в видеоигру Понг, но и со временем стать в ней лучше.

При взаимодействии с адаптированной версией В игре с использованием электродной решетки простой полимерный гидрогель продемонстрировал заметное увеличение точности, что привело к более длительным розыгрышам. Это открытие демонстрирует способность запоминать даже самый простой материал.

Гель, конечно, очень далек от искусственного мозга, но его недавно обнаруженная способность открывает новые заманчивые возможности для исследований. и развитие.

«Наши исследования показывают, что даже очень простые материалы могут демонстрировать сложное адаптивное поведение, обычно связанное с живыми системами или сложным искусственным интеллектом», — объясняет биомедицинский инженер Ёсикацу Хаяши из Университета Рединга в Великобритании.

«Это открывает захватывающие возможности для разработки новых типов «умных» материалов, которые могут обучаться и адаптироваться к окружающей среде».

Рассматриваемый гидрогель основан на электроактивном полимере. или EAP. Это полимеры, которые меняют свой размер или форму при подаче электрического тока, и их обычно используют в приводах и датчиках в качестве своего рода искусственных мышц.

Еще в 2022 году группа исследователей продемонстрировала, что шарик клеток человеческого мозга в блюде можно научить играть в Понг, предоставив ему обратную связь, сообщающую шарику, удалось ли ему ударить простой пиксельный «шар» пиксельной «веслом». p>

Биомедицинские инженеры Винсент Стронг, Уильям Холдербаум и Хаяши из Университета Рединга хотели выяснить, можно ли продемонстрировать подобную способность к обучению на чем-то гораздо более простом, чем ткань человеческого мозга.

Логическим объектом испытания был гидрогель EAP. Ионы – частицы, имеющие заряд – внутри матрицы гидрогеля из сшитых полимерных цепей движутся под действием электрического тока, что заставляет гель менять форму.

Ранее Хаяши и другая команда продемонстрировали, как это явление может проявляться. можно использовать, чтобы заставить гидрогель биться синхронно с кардиостимулятором, подобно тому, как бьется сердце, расширяясь и сжимаясь.

В ходе этого исследования они заметили, что их полиакриламидный гидрогель сохраняет «память» о биении , даже после того, как исследователи остановили кардиостимулятор.

«Скорость, с которой гидрогель разбухает, занимает гораздо больше времени, чем время, необходимое ему для набухания в первую очередь, а это означает, что следующее движение ионов находится под влиянием его предыдущего движения, что похоже на возникновение воспоминаний», — объясняет Стронг.

«Продолжающаяся перегруппировка ионов внутри гидрогеля основана на предыдущих перегруппировках внутри гидрогеля, продолжающихся до того момента, когда она был впервые создан и имел однородное распределение ионов».

Чтобы продвинуть гидрогель на следующий этап, исследователи разработали специальный интерфейс и адаптированную игру Понг, в которой всего лишь одна ракетка отскакивает от противоположной стены цифрового корта, как при игре в настольный теннис о стену.

Они использовали электрическую стимуляцию, чтобы сообщить гелю о случайном положении мяча, и измерили поток ионов, чтобы измерить положение весла. Они также наблюдали, как долго длился каждый подъем – обмены движениями между управляемой гелем ракеткой и стеной без промахов – и обнаружили, что с течением времени подъемы становились длиннее.

Гелю потребовалось время, чтобы двигаться дальше. 20 минут, чтобы достичь своего пикового уровня мастерства в Понге .

«Со временем, когда мяч движется, гель собирает память обо всех движениях. И затем ракетка движется, приспосабливаясь к этому мяч в моделируемой среде», — говорит Стронг. «Ионы движутся таким образом, что отображают память обо всех движениях с течением времени, и эта «память» приводит к улучшению производительности».

Эта память, по словам исследователей, является свидетельством возникающей способности, одной из что материал не был специально разработан или подготовлен для этого. Но это не означает, что материал разумен или ведет себя сознательно – просто материал сохранил ощущение физического воздействия, то же самое можно сказать о коже на щеке после лежания на мятой подушке.

Но находка все равно крутая; это определенно открывает интересные возможности для исследования. Не в последнюю очередь это определение механизмов, лежащих в основе памяти, и того, можно ли ее обучить выполнению других задач.

«Мы показали, что память возникает внутри гидрогелей, но следующий шаг – увидеть можем ли мы также конкретно показать, что обучение происходит», — говорит Стронг.

Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.