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受玩经典视频游戏的培养皿中的神经元的启发，研究人员表明，合成水凝胶具有基本的“记忆”。
根据今天发表的一项研究，一种由连接在电极上的果冻状材料制成的基本人工智能(AI)系统可以“学习”如何玩经典的电子游戏“乒乓”，并随着时间的推移而改进。
澳大利亚墨尔本皮质实验室(Cortical Labs)的首席科学官Brett Kagan说，这些结果是向证明合成材料可以利用一种基本形式的“记忆”来提高性能迈出的第一步。他说:“该系统展示记忆的方式与河床记录河流记忆的方式类似。”
2022年，Kagan和他的同事展示了一个由盘子里的神经元组成的系统——被称为“类脑”——可以通过电刺激学会玩类似乒乓球的电子游戏。受到这项工作的启发，英国雷丁大学的生物医学工程师Yoshikatsu Hayashi和他的同事们想知道一种非生物材料是否也能掌握乒乓球。
Hayashi和他的同事们转向了水凝胶——一种果冻状的材料，用于各种应用，比如软机器人的组件——它含有被称为离子的带电粒子。当这种类型的水凝胶受到电刺激时，离子穿过材料并拖动水分子，导致水凝胶改变其形状。这种离子分布的变化会影响下一组粒子的排列，Hayashi说。“这就像一种物理记忆。”
为了测试这种“记忆”是否能让水凝胶玩“乒乓”，研究人员使用电极将这种材料与电脑上的游戏连接起来。游戏被分成六个方格的网格，每个方格对应六对电极。每当球穿过其中一个方块时，相应的电极就会向水凝胶发出电信号，导致离子改变位置。然后，感应电极测量重新排列的离子的电流，并将此信息传回计算机，计算机将其解释为将游戏桨移动到新位置的命令。随着时间的推移，这形成了一种基本的“记忆”，因为离子的运动受到它们过去重排的影响。
起初，水凝胶击中球的几率只有一半，但在大约24分钟内，它的命中率提高到了60%，这表明这种材料利用离子的模式更新了它对球运动的“记忆”。提高的表现也导致了更长时间的反弹-球在比赛中的时间。
研究人员进行了对照实验，其中包括给水凝胶提供有关球位置的错误信息，或者通过完全不刺激水凝胶使其“盲目”运作。这意味着凝胶离子的位置不能准确地反映屏幕上的游戏。在这些条件下，水凝胶的乒乓游戏没有任何改善的迹象，这表明只有在提供正确的信息时，它才会变得更好。
这种水凝胶掌握乒乓的速度不如碟脑快，碟脑的最佳表现时间不到20分钟。“水凝胶是一个更简单的系统，”Hayashi说。但他补充说，结果表明水凝胶具有进一步的计算能力，可以帮助研究人员开发更有效的算法。
Kagan说:“作者采用了一种创造性的方法，试图将神经科学的概念应用到更基于物理的系统中。”但他补充说，要证明水凝胶真的可以“学习”，还需要做更多的工作。
Strong, V., Holderbaum, W. & Hayashi, Y. Cell Rep. Phys. Sci. 5, 102151 (2024).
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