科學(xué)家構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的凝膠“大腦”，學(xué)習(xí)如何更好地打乒乓球

一小團(tuán)柔軟的透明凝膠不僅可以玩電子游戲乒乓，隨著時(shí)間的推移，它會(huì)變得更好。

當(dāng)通過電極陣列與游戲的改編版本連接時(shí)，簡(jiǎn)單的聚合體水 凝 膠顯示出可衡量的準(zhǔn)確性增加，從而導(dǎo)致更長(zhǎng)的拉力賽。這一發(fā)現(xiàn)證明了記憶能力，即使是在非常基本的材料中也是如此。

當(dāng)然，這種凝膠與人工大腦相去甚遠(yuǎn)，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(jiǎn)單的材料也可以表現(xiàn)出通常與生命系統(tǒng)或復(fù)雜人工智能相關(guān)的復(fù)雜、適應(yīng)性行為，”生物醫(yī)學(xué)工程師 Yoshikatsu Hayashi 解釋道英國(guó)雷丁大學(xué)。

“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(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境?！?/p>

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(shí)會(huì)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(gè) glob培養(yǎng)皿中的人腦細(xì)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(gè)簡(jiǎn)單的像素 “球”。

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

EAP 水凝膠是邏輯測(cè)試對(duì)象。當(dāng)施加電流時(shí)，水凝膠交聯(lián)聚合物鏈基質(zhì)中的離子（帶電的粒子）會(huì)移動(dòng)，從而導(dǎo)致凝膠改變形狀。

此前，Hayashi 和另一個(gè)團(tuán)隊(duì)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(dòng)，就像心臟跳動(dòng)、膨脹和收縮的方式一樣。

他們?cè)谶@項(xiàng)研究過程中注意到，他們的聚丙烯 酰 胺水凝膠保留了對(duì)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(shí)間要長(zhǎng)得多，這意味著離子的下一次運(yùn)動(dòng)會(huì)受到其前一次運(yùn)動(dòng)的影響，這有點(diǎn)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(shí)候?！?/p>

為了將水凝膠推向下一步，研究人員開發(fā)了一個(gè)特殊的界面和一個(gè)經(jīng)過改編的游戲乒乓，只有一個(gè)球拍在數(shù)字球場(chǎng)的對(duì)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(jī)位置，并測(cè)量離子流以測(cè)量球拍的位置。他們還觀察了每次拉力賽持續(xù)了多長(zhǎng)時(shí)間——凝膠控制槳和墻壁之間的來回交換，沒有錯(cuò)過——發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，拉力賽會(huì)變得更長(zhǎng)。

凝膠大約需要 20 分鐘才能達(dá)到峰值乒乓技能水平。

“隨著時(shí)間的推移，當(dāng)球移動(dòng)時(shí)，凝膠會(huì)收集所有運(yùn)動(dòng)的記憶。然后球拍移動(dòng)以在模擬環(huán)境中容納該球。說 Strong.“離子的移動(dòng)方式映射了所有運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的記憶，這種”記憶“導(dǎo)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(shè)計(jì)或訓(xùn)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(gè)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(jī)制，以及是否可以訓(xùn)練它來執(zhí)行其他任務(wù)。

“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(xué)習(xí)正在發(fā)生，”斯特朗 說.

該研究已發(fā)表在Cell Reports 物理科學(xué).

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