O mică bucată de gel transparent și moale nu doar că poate juca jocul video Pong, dar poate învăța să devină mai bună în timp. Conectată la o versiune adaptată a jocului prin intermediul unei rețele de electrozi, hidroghelul simplu din polimer a prezentat o precizie crescută, măsurată prin raliuri mai lungi. Aceasta dovedește capacitatea de a memora, chiar și într-un material foarte simplu.
Gelul este, desigur, foarte departe de a fi un creier artificial, dar descoperirea noii sale abilități sugerează direcții noi și captivante pentru cercetare și dezvoltare. „Cercetările noastre arată că și materiale foarte simple pot prezenta comportamente complexe și adaptative, de obicei asociate cu sistemele vii sau cu inteligența artificială sofisticată”, explică Yoshikatsu Hayashi, inginer biomedical la Universitatea din Reading, Marea Britanie. „Acest lucru deschide posibilități interesante pentru dezvoltarea de noi tipuri de materiale 'inteligente' care pot învăța și se pot adapta la mediul lor.”
Hidroghelul în cauză este bazat pe un polimer electro-activ, sau EAP. Aceștia sunt polimeri care își pot schimba dimensiunea și forma atunci când un curent electric este aplicat. Sunt folosiți foarte frecvent în actuatori și senzori, creând un fel de mușchi artificial.
În 2022, unii cercetători au demonstrat că un glob de celule cerebrale umane într-o eprubetă poate învăța să joace Pong dacă primește feedback despre reușita de a lovi o „minge” de pixeli cu o „paletă” de pixeli.
Inginerii biomedicali Vincent Strong, William Holderbaum și Hayashi de la Universitatea din Reading au vrut să vadă dacă aceeași abilitate de învățare ar putea apărea într-un material mult mai simplu decât țesutul cerebral uman. Hidroghelul EAP a fost, desigur, subiectul logic pentru test. Ionii – particule cu sarcină electrică – din matricea hidroghelului formată din lanțuri polimerice încrucișate sunt determinați să se miște de un curent electric aplicat, ceea ce face ca gelul să își schimbe forma.
Hayashi și o altă echipă au arătat acum că acest fenomen poate fi folosit pentru a face hidroghelul să bată sincronizat cu un stimulator cardiac, adică să se dilate și să se contracte la fel ca o inimă. În acest proces, au descoperit, de asemenea, că hidroghelul lor de poliacrilamidă păstra o „memorie” a bătăii chiar și după ce cercetătorii au oprit stimulatorul cardiac.
„Rata la care hidroghelul se dezumflă durează mult mai mult decât timpul necesar pentru a se umflă inițial, ceea ce înseamnă că mișcarea următoare a ionilor este influențată de mișcarea lor anterioară, ceea ce este oarecum ca o memorie care apare”, explică Strong. „Rearanjarea ulterioară a ionilor în hidroghel se bazează pe aranjamentele anterioare ale ionilor în interiorul hidroghelului, și asta încă de la momentul în care a fost inițial fabricat și avea o distribuție uniformă a ionilor.”
Pentru a împinge hidroghelul peste pragul următor, echipa a proiectat o interfață unică și o versiune modificată a jocului Pong, cu o singură paletă care sare în peretele opus al unui teren virtual, practic jucând ping-pong contra unui perete. Au folosit stimularea electrică pentru a informa gelul despre poziția aleatorie a mingii și au măsurat fluxul de ioni pentru a determina poziționarea paletei. De asemenea, au urmărit cât de mult a durat fiecare raliu – schimburile între paleta controlată de gel și perete fără a rata – și au descoperit că raliurile au crescut progresiv în lungime.
Gelul a avut nevoie de aproximativ 20 de minute pentru a atinge nivelul maxim de abilități la Pong. „Pe măsură ce trece timpul și mingea se mișcă, gelul păstrează o memorie a tuturor mișcărilor. Și apoi paleta se mișcă pentru a acomoda acea minge în mediul simulat”, spune Strong. Ionii se mișcă într-un mod care dezvoltă o memorie a tuturor mișcărilor în timp, și această „memorie” duce la o performanță mai bună.
Această memorie este dovada, spun cercetătorii, unei abilități emergente, una pe care materialul nu a fost proiectat sau antrenat specific să o aibă. Dar asta nu înseamnă că materialul este conștient sau se comportă intenționat; înseamnă doar că a păstrat o impresie a unei influențe fizice. Ceva ce s-ar putea spune la fel de bine despre pielea obrazului tău după ce te-ai întins pe o pernă șifonată.
Este totuși o descoperire interesantă, pentru că deschide cu siguranță noi direcții de explorat. Aceasta include descoperirea modului în care funcționează mecanismele de memorie și dacă poate fi antrenat pentru a îndeplini alte sarcini.
„Am arătat că memoria este emergentă în hidrogeli, dar următorul pas este să vedem dacă putem arăta specific că învățarea are loc”, spune Strong. Cercetarea a fost publicată în Cell Reports Physical Science.
Comentariul va fi postat dupa aprobare