科學家構(gòu)建了一個簡單的凝膠“大腦”，學習如何更好地打乒乓球

一小團柔軟的透明凝膠不僅可以玩電子游戲乒乓，隨著時間的推移，它會變得更好。

當通過電極陣列與游戲的改編版本連接時，簡單的聚合體水 凝 膠顯示出可衡量的準確性增加，從而導致更長的拉力賽。這一發(fā)現(xiàn)證明了記憶能力，即使是在非?；镜牟牧现幸彩侨绱恕?/p>

當然，這種凝膠與人工大腦相去甚遠，但它新發(fā)現(xiàn)的能力為研究和開發(fā)提供了一些誘人的新途徑。

“我們的研究表明，即使是非常簡單的材料也可以表現(xiàn)出通常與生命系統(tǒng)或復雜人工智能相關(guān)的復雜、適應性行為，”生物醫(yī)學工程師 Yoshikatsu Hayashi 解釋道英國雷丁大學。

“這為開發(fā)新型'智能'材料開辟了令人興奮的可能性，這些材料可以學習和適應環(huán)境。”

有問題的水凝膠基于電活性聚合物，或EAP （英語）.這些聚合物在施加電流時會改變其大小或形狀，它們通常作為一種人造肌肉用于執(zhí)行器和傳感器。

早在 2022 年，一組研究人員就證明，一個 glob培養(yǎng)皿中的人腦細胞可以教他玩乒乓通過向 IT 部門提供反饋，告訴 glob 它是否成功地用像素 “球拍” 擊中了一個簡單的像素 “球”。

雷丁大學的生物醫(yī)學工程師 Vincent Strong、William Holderbaum 和 Hayashi 想探索是否可以在比人類腦組織簡單得多的東西中證明類似的學習能力。

EAP 水凝膠是邏輯測試對象。當施加電流時，水凝膠交聯(lián)聚合物鏈基質(zhì)中的離子（帶電的粒子）會移動，從而導致凝膠改變形狀。

此前，Hayashi 和另一個團隊展示了如何利用這種現(xiàn)象來制造水凝膠與起搏器同步跳動，就像心臟跳動、膨脹和收縮的方式一樣。

他們在這項研究過程中注意到，他們的聚丙烯 酰 胺水凝膠保留了對毆打的“記憶”，即使在研究人員停止了心臟起搏器之后也是如此。

“水凝膠去膨脹的速度比它首先膨脹所需的時間要長得多，這意味著離子的下一次運動會受到其前一次運動的影響，這有點像記憶的發(fā)生，”斯特朗解釋道.

“水凝膠內(nèi)離子的持續(xù)重排是基于水凝膠內(nèi)先前的重排，一直追溯到它最初制造并具有均勻離子分布的時候?！?/p>

為了將水凝膠推向下一步，研究人員開發(fā)了一個特殊的界面和一個經(jīng)過改編的游戲乒乓，只有一個球拍在數(shù)字球場的對面墻上彈跳，就像靠墻打乒乓球一樣。

他們使用電刺激來通知凝膠球的隨機位置，并測量離子流以測量球拍的位置。他們還觀察了每次拉力賽持續(xù)了多長時間——凝膠控制槳和墻壁之間的來回交換，沒有錯過——發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移，拉力賽會變得更長。

凝膠大約需要 20 分鐘才能達到峰值乒乓技能水平。

“隨著時間的推移，當球移動時，凝膠會收集所有運動的記憶。然后球拍移動以在模擬環(huán)境中容納該球。說 Strong.“離子的移動方式映射了所有運動隨時間變化的記憶，這種”記憶“導致性能提高?！?/p>

研究人員說，這種記憶是一種新興能力的證據(jù)，而這種能力并不是專門為此設計或訓練的。但這并不意味著這種材料是有感知力的，或者是故意的——只是說這種材料保留了物理影響的印象，可以說是躺在皺巴巴的枕頭上臉頰上的皮膚。

但這個發(fā)現(xiàn)仍然很酷;它無疑為探索開辟了一些迷人的途徑。其中最重要的是確定內(nèi)存背后的機制，以及是否可以訓練它來執(zhí)行其他任務。

“我們已經(jīng)證明記憶在水凝膠中是涌現(xiàn)的，但下一步是看看我們是否也能具體地證明學習正在發(fā)生，”斯特朗 說.

該研究已發(fā)表在Cell Reports 物理科學.

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