Ett enkelt system för artificiell intelligens (AI) tillverkat av ett geléliknande material och kopplat till elektroder kan "lära sig" det klassiska videospeletPongatt spela och förbättra med tiden, enligt en studie som publicerades idag 1.

Resultaten är ett första steg mot att visa att syntetiska material kan utnyttja en grundläggande form av "minne" för att öka prestandan, säger Brett Kagan, chief scientific officer vid Cortical Labs i Melbourne, Australien. "Systemet registrerar minnet på ett liknande sätt som en flodbädd registrerar minnet av en flod", säger han.

2022 visade Kagan och hans kollegor 2att ett system Neuroner i en skål – känd som DishBrain – kan lära sig att spela det bordtennisliknande videospelet genom elektrisk stimulering. Inspirerad av detta arbete undrade Yoshikatsu Hayashi, en biomedicinsk ingenjör vid University of Reading, Storbritannien, och hans kollegor om ett icke-biologiskt material också kunde användasPongkunde kontrollera.

Hayashi och hans kollegor vände sig till hydrogeler - geléliknande material som används för olika applikationer som komponenter för mjuka robotar - som innehåller laddade partiklar som kallas joner. När denna hydrogel stimuleras elektriskt, rör sig jonerna genom materialet och drar med sig vattenmolekyler, vilket förändrar hydrogelen. Denna förändring i fördelningen av joner påverkar nästa arrangemang av partiklar, säger Hayashi.

"Det är som ett fysiskt minne."

Animierte Sequenz eines Computers, der Hydrogele spielt das Videospiel Pong.

För att testa om detta "minne" kan tillåta hydrogelenPongFör att spela använde forskarna elektroder för att koppla materialet till spelet på en dator. Spelet var uppdelat i ett rutnät med sex rutor motsvarande sex par elektroder. Varje gång kulan passerade genom en av kvadraterna skickade motsvarande elektroder en elektrisk signal till hydrogelen, vilket fick jonpositionen att ändras. Sedan mätte sensorelektroder den elektriska strömmen för de omplacerade jonerna och överförde denna information tillbaka till datorn, som tolkade det som ett kommando att flytta spelracketen till en ny position. Med tiden bildades detta till ett grundläggande "minne" eftersom jonernas rörelser påverkades av deras tidigare omarrangemang.

Lärare snabbt

Till en början träffade hydrogelen bollen ungefär halva tiden, men ökade sin träffhastighet till 60 % på cirka 24 minuter, vilket tyder på att materialet uppdaterar sitt "minne" av bollens rörelser med hjälp av jonmönstret. Den förbättrade prestandan ledde också till längre rallyn – de tider då bollen är i spel.

Forskarna genomförde kontrollexperiment där hydrogelen fick falsk information om bollens position eller opererades "blind" genom att inte stimuleras alls. Detta innebar att positionerna för gelens joner inte exakt återspeglade skärmspelet. DePong-Game of the hydrogel visade inga förbättringar under dessa förhållanden, vilket tyder på att den bara blir bättre när den matas med rätt information.

Hydrogelen domineradePonginte lika snabbt som DishBrain, som tog mindre än 20 minuter att prestera som bäst. "Hydrogeler är ett mycket enklare system", säger Hayashi. Men han tillägger att resultaten tyder på att hydrogeler har ytterligare beräkningsmöjligheter som kan hjälpa forskare att utveckla effektivare algoritmer.

"Författarna tog ett kreativt tillvägagångssätt för att tillämpa koncept från neurovetenskap till ett mer fysiskt system", säger Kagan. Men mer arbete måste göras för att visa att hydrogeler faktiskt kan "lära sig", tillägger han.