Pong винаги ще заема специално място в историята на игрите като една от най-ранните аркадни видеоигри. Представена през 1972 г., тя представлява игра за тенис на маса с много прости графики и геймплей. Всъщност тя е достатъчно проста, че дори неживи материали, известни като хидрогели, могат да се „научат“ да играят играта, като „запомнят“ предишни модели на електрическа стимулация, според нова статия, публикувана в списание Cell Reports Physical Science.

„Нашето изследване показва, че дори много прости материали могат да проявяват сложно, адаптивно поведение, което обикновено се свързва с живи системи или сложен изкуствен интелект“, казва съавторът Йошикацу Хаяши, биомедицински инженер в Университета в Рединг, Великобритания. „Това открива вълнуващи възможности за разработване на нови видове „умни“ материали, които могат да се учат и адаптират към заобикалящата ги среда.“

Хидрогелите са меки, гъвкави двуфазни материали, които набъбват, но не се разтварят във вода. Така един хидрогел може да съдържа голямо количество вода, но въпреки това да запази формата си, което го прави полезен за широк спектър от приложения. Може би най-известната употреба са меките контактни лещи, но различни видове хидрогели се използват и в гръдните импланти, памперсите за еднократна употреба, медицинските електроди за ЕЕГ и ЕКГ, биосензорите за глюкоза, капсулирането на квантови точки, пречистването на вода със слънчева енергия, клетъчните култури, скелетата за тъканно инженерство, взривните вещества от воден гел, задвижващите механизми за мека роботика, материалите за поглъщане на свръхзвукови удари и системите за доставяне на лекарства с продължително освобождаване, както и други употреби.

През април Хаяши става съавтор на статия, която показва, че хидрогелите могат да се „научат“ да бият в ритъм с външен пейсмейкър - нещо, което досега се постигаше само с живи клетки. Те използват присъщата на хидрогелите способност да преобразуват химическата енергия в механични колебания, като използват пейсмейкъра за прилагане на циклични компресии. Те откриват, че когато трептенията на гел проба съвпадат с хармоничния резонанс на ритъма на пейсмейкъра, системата запазва „памет“ за този период на резонансни трептения и може да запази тази памет дори когато пейсмейкърът е изключен. Такива хидрогелове един ден могат да бъдат полезен заместител на изследванията на сърцето с помощта на животни, предоставяйки нови начини за изследване на състояния като сърдечна аритмия.

За тази последна работа Хаяши и съавторите му са били отчасти вдъхновени от проучване от 2022 г., в което мозъчните клетки в чиния, наречена DishBrain, са били електрически стимулирани по такъв начин, че да създадат полезна обратна връзка, позволяваща им да се „научат“ да играят Pong (макар и лошо).

Имаше няколко уговорки - дори най-добрите системи не играят толкова добре Pong, но подходът в повечето случаи работи. Системите, състоящи се от миши или човешки неврони, отбелязаха, че средната продължителност на гейм сесия се увеличава с течение на времето, което показва, че те може би научават правилата на играта. Системите, базирани на невронни клетки, или тези, при които липсва система за възнаграждение, не отбелязват подобно подобрение. Откритията предоставиха някои доказателства, че невронните мрежи, създадени от действителни неврони, спонтанно развиват способността да се учат. И това би могло да обясни някои от възможностите за учене на истинските мозъци, където по-малки групи неврони са организирани във функционални единици.

Но може ли една проста изкуствена система като хидрогел също да изчислява затворени цикли, за да имитира сетивните обратни връзки на мозъка? Екипът на Хаяши смята, че това е възможно. Ако ударите електроактивен хидрогел с електрически импулс, йоните (заредени частици) в материала ще се раздвижат, а водните молекули ще се раздвижат с тях, променяйки формата на хидрогела поне временно. „Основният принцип както при невроните, така и при хидрогелите е, че миграцията и разпределението на йоните може да работи като функция на паметта, която може да се свърже със сензорно-моторните цикли в света на Понг“, казва Хаяши. „В невроните йоните се движат в рамките на клетките. В гела те се движат навън.“

Експерименталната инсталация беше сравнително проста. Изследователите свързват електроактивни хидрогелове към симулирана виртуална среда на играта Pong с помощта на специално създадена електродна система. Игрите започват с топката, която се движи в произволна посока. Хидрогелите проследявали позицията на топката чрез електрическа стимулация и проследявали позицията на греблото чрез измерване на разпределението на йоните в хидрогелите. С напредването на игрите изследователите измерват колко често хидрогелът успява да удари топката с греблото.

Те установили, че с течение на времето точността на хидрогелите се подобрява, като те удрят топката по-често при по-дълги сесии. Те достигнали максималния си потенциал за точност за около 20 минути в сравнение с 10 минути за DishBrain.

Снимка: Unsplash/Cell Reports Physical Science/Strong et al.

Виж още: Samsung Galaxy Z Fold6 vs Samsung Galaxy Z Flip6: кой да избереш за себе си?