Künstliche Intelligenz aus Gelee lernt Pong zu spielen und verbessert sich mit Übung

Ein einfaches künstliche Intelligenz (KI)-System, das aus einem jellyartigen Material besteht und an Elektroden angeschlossen ist, kann ‚lernen‘, das klassische Videospiel Pong zu spielen und sich im Laufe der Zeit verbessern, so eine heute veröffentlichte Studie¹.

Die Ergebnisse sind ein erster Schritt, um zu zeigen, dass synthetische Materialien eine grundlegende Form von ‚Gedächtnis‘ nutzen können, um die Leistung zu steigern, sagt Brett Kagan, Chief Scientific Officer bei Cortical Labs in Melbourne, Australien. „Das System zeigt auf ähnliche Weise Gedächtnis wie ein Flussbett das Gedächtnis eines Flusses aufzeichnet“, sagt er.

Im Jahr 2022 zeigten Kagan und seine Kollegen², dass ein System aus Neuronen in einer Schale – bekannt als DishBrain – lernen kann, das tischtennisähnliche Videospiel durch elektrische Stimulation zu spielen. Inspiriert von dieser Arbeit, fragten sich Yoshikatsu Hayashi, ein biomedizinischer Ingenieur an der University of Reading, Großbritannien, und seine Kollegen, ob auch ein nicht-biologisches Material Pong beherrschen könnte.

Hayashi und seine Kollegen wandten sich Hydrogelen zu – jellyartigen Materialien, die für verschiedene Anwendungen wie Komponenten für weiche Roboter verwendet werden – und die geladene Teilchen namens Ionen enthalten. Wenn dieses Hydrogel elektrisch stimuliert wird, bewegen sich die Ionen durch das Material und ziehen Wassermoleküle mit sich, wodurch sich das Hydrogel verändert. Diese Veränderung in der Verteilung der Ionen beeinflusst die nächsten Anordnungen von Partikeln, sagt Hayashi.

„Es ist wie ein physisches Gedächtnis.“

Um zu testen, ob dieses ‚Gedächtnis‘ es dem Hydrogel ermöglichen könnte, Pong zu spielen, nutzten die Forscher Elektroden, um das Material mit dem Spiel auf einem Computer zu verbinden. Das Spiel wurde in ein Gitter von sechs Quadraten unterteilt, die sechs Paaren von Elektroden entsprachen. Jedes Mal, wenn der Ball durch eines der Quadrate ging, sendeten die entsprechenden Elektroden ein elektrisches Signal an das Hydrogel, wodurch sich die Ionenposition änderte. Dann maßen Sensorelektroden den elektrischen Strom der umgeschichteten Ionen und übermittelten diese Informationen zurück an den Computer, der sie als Befehl interpretierte, den Spiele-Schläger in eine neue Position zu bewegen. Im Laufe der Zeit bildete sich dies zu einem grundlegenden ‚Gedächtnis‘, da die Bewegungen der Ionen durch ihre vorherigen Umschichtungen beeinflusst wurden.

Schneller Lerner

Zu Beginn traf das Hydrogel den Ball etwa die Hälfte der Zeit, steigerte aber seine Trefferquote auf 60% in ungefähr 24 Minuten, was darauf hindeutet, dass das Material sein ‚Gedächtnis‘ der Bewegungen des Balls mithilfe des Ionenmusters aktualisiert. Die verbesserte Leistung führte auch zu längeren Ballwechseln – den Zeiten, in denen der Ball im Spiel ist.

Die Forscher führten Kontrollexperimente durch, bei denen das Hydrogel falsche Informationen über die Position des Balls erhielt oder ‚blind‘ betrieben wurde, indem es überhaupt nicht stimuliert wurde. Das bedeutete, dass die Positionen der Ionen des Gels nicht die Screenspiel genau widerspiegelten. Das Pong-Spiel des Hydrogels zeigte unter diesen Bedingungen keine Verbesserungen, was darauf hindeutet, dass es nur besser wird, wenn ihm die korrekten Informationen zugeführt werden.

Das Hydrogel beherrschte Pong nicht so schnell wie DishBrain, das weniger als 20 Minuten benötigte, um sein Bestes zu geben. „Hydrogele sind ein viel einfacheres System“, sagt Hayashi. Aber er fügt hinzu, dass die Ergebnisse darauf hindeuten, dass Hydrogele weitere Rechenfähigkeiten haben, die Forscher dabei unterstützen könnten, effizientere Algorithmen zu entwickeln.

„Die Autoren haben einen kreativen Ansatz verfolgt, um Konzepte aus der Neurowissenschaft auf ein stärker physikalisches System zu übertragen“, sagt Kagan. Aber es muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um zu zeigen, dass Hydrogele tatsächlich ‚lernen‘ können, fügt er hinzu.