Hidrogelurile pot juca Pong „amintindu-și” modelele anterioare de simulare electrică

„Hidrogelurile ionice pot obține același tip de mecanică a memoriei ca și rețelele neuronale mai complexe”, spune primul autor și inginer robotic Vincent Strong de la Universitatea Reading. „Am arătat că hidrogelurile nu sunt doar capabile să joace Pong„De fapt, se pot îmbunătăți în timp.”

Cercetătorii au fost inspirați de un studiu anterior care a arătat că celulele creierului dintr-o farfurie ar putea învăța să se joace Pong Dacă sunt stimulați electric într-un mod care le oferă feedback asupra performanței lor.

„Lucrarea noastră abordează întrebarea dacă sistemele artificiale simple sunt capabile să calculeze bucle închise similare buclelor de feedback care permit creierului nostru să ne controleze corpurile”, spune coautorul și inginer biomedical Yoshikatsu Hayashi de la Universitatea din Reading. „Principiul de bază atât în ​​neuroni, cât și în hidrogeluri este că migrarea și distribuția ionilor pot acționa ca o funcție de memorie care poate fi legată de buclele senzorio-motorii din creier. Pong „În neuroni, ionii curg în interiorul celulelor în jeleu, ei curg în exterior”.

Hidrogelurile sunt polimeri complecși care devin ca jeleu atunci când sunt hidratate – gelatina și agar sunt exemple naturale. În acest caz, cercetătorii au folosit un „polimer electroactiv”, adică un hidrogel care poate răspunde la stimularea electrică datorită prezenței ionilor (particule încărcate) în mediul care înconjoară matricea polimerică. Când hidrogelul este stimulat electric, ionii se mișcă, trăgând cu ei moleculele de apă, iar această mișcare face ca hidrogelul să își schimbe temporar forma.

„Viteza cu care un hidrogel se micșorează durează mult mai mult decât timpul necesar pentru a se umfla în primul rând, ceea ce înseamnă că mișcarea ulterioară a ionilor este afectată de mișcarea lor anterioară, un fel ca un eveniment de memorie”, spune Strong. „Rearanjarea în curs de desfășurare a ionilor în hidrogel se bazează pe rearanjamentele anterioare din hidrogel, continuând înapoi până la momentul când a fost fabricat pentru prima dată și a avut o distribuție omogenă a ionilor.”

Pentru a testa dacă „memoria” fizică a hidrogelului este capabilă să-i permită să se joace PongCercetătorii au folosit electrozi pentru a atașa hidrogelul la un mediu de joc virtual și au început jocul trimițând mingea într-o direcție aleatorie. Ei au folosit stimularea electrică pentru a informa hidrogelul despre locația mingii și au măsurat mișcarea ionilor din hidrogel pentru a determina poziția paletei sale.

Așa cum este Pong După ce au jucat meciuri, cercetătorii au măsurat rata de lovire a gelului și au examinat dacă precizia acestuia s-a îmbunătățit. Ei au arătat că, cu mai multă experiență, hidrogelul a reușit să lovească mingea mai des, rezultând reprize mai lungi. În timp ce hidrogelul a fost capabil să lovească mingea mai des, rezultând runde mai lungi. PongNeuronii care joacă cu mingea și-au atins abilitățile optime în aproximativ 10 minute, iar hidrogelul a durat aproximativ 20 de minute pentru a atinge capacitatea maximă. Pong posibil.

„De-a lungul timpului, pe măsură ce mingea se mișcă, gelul acumulează o memorie a tuturor mișcărilor”, spune Strong, „Apoi racheta se mișcă pentru a acomoda acea minge în mediul simulat mișcările în timp, iar această „memorie” duce la o performanță îmbunătățită.”

Deoarece majoritatea algoritmilor actuali de inteligență artificială sunt derivați din rețele neuronale, cercetătorii spun că hidrogelul reprezintă un alt tip de „inteligență” care poate fi folosit pentru a dezvolta algoritmi noi, mai simpli. În viitor, cercetătorii intenționează să exploreze în continuare „memoria” hidrogelului, examinând mecanismele din spatele memoriei sale și testându-i capacitatea de a îndeplini alte sarcini.

„În proiectele noastre ulterioare, ne gândim cum să extragem algoritmul din hidrogeluri care permit achiziționarea memoriei”, spune coautorul William Holderbaum de la Universitatea Reading.

„Am arătat că memoria apare în hidrogeluri, dar următorul pas este să vedem dacă putem arăta și că învățarea are loc în mod specific”, spune Strong.

Această cercetare a fost susținută de Process Vision Ltd.