При сопряжении с адаптированной версией игры через электродную решетку простой полимерный гидрогель продемонстрировал измеримое увеличение точности, что привело к более длительным розыгрышам. Это открытие демонстрирует способность запоминать, даже в очень простом материале.

Конечно, этот гель очень далек от искусственного мозга, но его недавно обнаруженные способности открывают новые заманчивые направления для исследований и разработок.

«Наше исследование показывает, что даже очень простые материалы могут демонстрировать сложное адаптивное поведение, обычно связанное с живыми системами или сложным искусственным интеллектом, - объясняет биомедицинский инженер Ёсикацу Хаяши из Университета Рединга в Великобритании. - Это открывает захватывающие возможности для разработки новых типов «умных» материалов, которые могут обучаться и адаптироваться к окружающей среде».

Рассматриваемый гидрогель основан на электроактивном полимере, или EAP. Это полимеры, которые меняют свой размер или форму при подаче электрического тока, и они обычно используются для приводов и датчиков как своего рода искусственные мышцы.

Еще в 2022 году группа исследователей продемонстрировала, что шарик клеток человеческого мозга в чашке Петри можно научить играть в понг, давая ему обратную связь, сообщающую, удалось ли ему ударить по простому пиксельному «мячу» пиксельной «ракеткой».

Биомедицинские инженеры Винсент Стронг, Уильям Холдербаум и Хаяши из Университета Рединга хотели изучить, можно ли продемонстрировать подобную способность к обучению в чем-то гораздо более простом, чем мозговая ткань человека.

Гидрогель EAP был логичным объектом испытаний. Ионы — частицы, имеющие заряд — в матрице гидрогеля из сшитых полимерных цепей движутся при подаче электрического тока, что заставляет гель менять форму.

Ранее Хаяши и другая команда продемонстрировали, как это явление можно использовать, чтобы заставить гидрогель биться синхронно с кардиостимулятором, подобно тому, как бьется сердце, расширяясь и сжимаясь.

В ходе исследования они заметили, что их полиакриламидный гидрогель сохранил «память» о биении сердца даже после того, как исследователи остановили кардиостимулятор.

«Скорость, с которой гидрогель разбухает, намного больше времени, необходимого для его первоначального набухания, а это означает, что следующее движение ионов зависит от их предыдущего движения, что своего рода похоже на эффект памяти, - объясняет Стронг. - Продолжающаяся перегруппировка ионов внутри гидрогеля основана на предыдущих перегруппировках внутри гидрогеля, продолжающихся с того момента, когда он был впервые изготовлен и имел однородное распределение ионов».

Чтобы вывести гидрогель на новый уровень, исследователи разработали специальный интерфейс и адаптированную игру «Понг», в которой всего одна ракетка отскакивает от противоположной стены цифрового корта, как при игре в настольный теннис от стены.

Они использовали электрическую стимуляцию, чтобы сообщить гелю о рандомизированном положении мяча, и измерили поток ионов, чтобы оценить положение лопатки. Они также наблюдали, как долго длился каждый митинг — обмены туда-сюда между гелем, контролируемым лопаткой, и стеной, без промахов — и обнаружили, что митинги со временем становились длиннее.

Гелю потребовалось около 20 минут, чтобы достичь пикового уровня мастерства игры в понг.

Эта память, говорят исследователи, является свидетельством эмерджентной способности, той, для которой материал не был специально разработан или обучен. Но это не означает, что материал является разумным или ведет себя преднамеренно — просто материал сохранил впечатление физического воздействия, что можно сказать о коже на щеке после того, как вы легли на хрустящую подушку.

Но открытие все равно крутое - оно определенно открывает некоторые увлекательные пути для исследования. Не в последнюю очередь это определение механизмов, лежащих в основе памяти, и того, можно ли ее научить выполнять другие задачи.

Источник: Cell Reports Physical Science