8月22日，研究人員在細胞出版社（cell press）旗下期刊cell reports physical science上報告說，非生物水凝膠可以玩電子遊戲乒乓球，並能通過更多的經驗來提高其遊戲技巧。研究人員將水凝膠連接到虛擬遊戲環境中，然後在水凝膠的球拍（由水凝膠內帶電粒子的分佈編碼）和球（由電刺激編碼）之間應用反饋迴路。經過練習，水凝膠的擊球準確度提高了10%，從而延長了反彈時間。研究人員說，這證明了非生物材料能使用「記憶」來更新對環境的理解能力，但在證實水凝膠可以「學習」之前還需要進行更多的研究。
「離子水凝膠可以實現與複雜神經網絡相同的記憶機制。」論文第一作者、英國雷丁大學機械人工程師vincent strong說，「我們證明了水凝膠不僅可以玩乒乓球，而且隨着時間的推移，它們能玩得更好。」
研究人員的靈感來自之前的一項研究，該研究表明，如果在某種程度上對培養皿中的腦細胞進行電刺激，並對其表現給予反饋，它們就能學會玩乒乓球。
通訊作者、雷丁大學生物醫學工程師yoshikatsu hayashi說：「我們的論文解決了一個問題，即簡單的人工系統是否可以計算出，類似讓大腦控制身體的反饋迴路閉環。神經元和水凝膠的基本原理是，離子遷移和分佈可以作為一種記憶功能，與乒乓球中的感覺—運動迴路相關。在神經元中，離子在細胞內流動；在凝膠中，它們又會跑到外面。」
水凝膠是一種複雜的聚合物，水合時會變成果凍狀——明膠和瓊脂就是天然的例子。這裡，研究人員使用了一種「電活性聚合物」，這意味着水凝膠可以對電刺激做出反應，這要歸功於聚合物基質周圍介質中離子（帶電粒子）的存在。當水凝膠受到電刺激時，離子移動，拖着水分子一起移動，這種運動導致水凝膠暫時改變形狀。
「水凝膠回彈所需要的時間比膨脹要長得多，這意味着離子的下一個運動受到之前運動的影響，這有點像記憶的發生。」strong說，「水凝膠中離子的持續重排是基於水凝膠中先前的重排，並繼續回到它最初狀態，離子分佈均勻。」
為了測試水凝膠的物理「記憶」能否讓它玩乒乓球，研究人員使用電極將水凝膠連接到虛擬遊戲環境中，並通過向隨機方向發送球來啟動遊戲。他們使用電刺激來告訴水凝膠球的位置，並通過測量水凝膠中離子的運動來確定球拍的位置。
隨着乒乓球遊戲的進行，研究人員測量了凝膠的命中率，並檢查了其準確性是否有所提高。他們發現，經驗越豐富，水凝膠就能夠更頻繁地擊球。神經元在大約10分鐘內就展現出高水平技能，而水凝膠花了將近20分鐘才達到最佳水平。
「隨着時間的推移，當球移動時，凝膠的運動模式會隨時間積累並優化。然後球拍移動以適應模擬環境中的球。」strong說，「隨着時間的推移，離子的運動方式會映射出所有運動的記憶，這種『記憶』會提高擊球表現。」
由於大多數現有的人工智能算法都來自神經網絡，研究人員表示，水凝膠代表了一種不同的「智能」，可以用來開發新的、更簡單的算法。在未來，研究人員計劃通過檢查其「記憶」背後的機制和測試其執行其他任務的能力來進一步探索水凝膠的「記憶」。
「後續，我們將考慮如何提取相關算法。」雷丁大學的合著者william holderbaum說。strong說：「我們已經證明水凝膠中出現了『記憶』，未來將進一步研究以明確是否發生了學習過程。」
閱讀論文：https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/s2666-3864(24)00436-3
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