Een eenvoudig systeem voor kunstmatige intelligentie (AI), gemaakt van een geleiachtig materiaal en verbonden met elektroden, kan het klassieke videogame 'leren'Pongom te spelen en in de loop van de tijd te verbeteren, volgens een vandaag gepubliceerde studie 1.

De resultaten zijn een eerste stap in de richting van het aantonen dat synthetische materialen een basisvorm van 'geheugen' kunnen gebruiken om de prestaties te verbeteren, zegt Brett Kagan, Chief Scientific Officer bij Cortical Labs in Melbourne, Australië. “Het systeem registreert het geheugen op een vergelijkbare manier als een rivierbedding het geheugen van een rivier registreert”, zegt hij.

In 2022 lieten Kagan en zijn collega's zien 2dat een systeem Neuronen in een schaaltje – bekend als DishBrain – kan het tafeltennis-achtige videospel leren spelen door middel van elektrische stimulatie. Geïnspireerd door dit werk vroegen Yoshikatsu Hayashi, een biomedisch ingenieur aan de Universiteit van Reading, VK, en zijn collega's zich af of er ook een niet-biologisch materiaal zou kunnen worden gebruiktPongkon controleren.

Hayashi en zijn collega's wendden zich tot hydrogels – geleiachtige materialen die voor verschillende toepassingen worden gebruikt, zoals componenten voor zachte robots – die geladen deeltjes bevatten die ionen worden genoemd. Wanneer deze hydrogel elektrisch wordt gestimuleerd, bewegen de ionen door het materiaal en trekken watermoleculen mee, waardoor de hydrogel verandert. Deze verandering in de verdeling van ionen beïnvloedt de volgende rangschikking van deeltjes, zegt Hayashi.

“Het is als een fysieke herinnering.”

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

Om te testen of dit 'geheugen' de hydrogel daartoe in staat zou kunnen stellenPongOm te spelen gebruikten de onderzoekers elektroden om het materiaal met het spel op een computer te verbinden. Het spel was verdeeld in een raster van zes vierkanten die overeenkomen met zes paar elektroden. Elke keer dat de bal door een van de vierkanten ging, stuurden de bijbehorende elektroden een elektrisch signaal naar de hydrogel, waardoor de ionenpositie veranderde. Vervolgens maten sensorelektroden de elektrische stroom van de opnieuw geplaatste ionen en stuurden deze informatie terug naar de computer, die deze interpreteerde als een commando om het gamingracket naar een nieuwe positie te verplaatsen. In de loop van de tijd vormde dit een fundamenteel 'geheugen', omdat de bewegingen van de ionen werden beïnvloed door hun eerdere herschikkingen.

Snelle leerling

Aanvankelijk raakte de hydrogel de bal ongeveer de helft van de tijd, maar verhoogde de trefsnelheid tot 60% in ongeveer 24 minuten, wat erop wijst dat het materiaal zijn 'geheugen' van de bewegingen van de bal bijwerkt met behulp van het ionenpatroon. De verbeterde prestaties leidden ook tot langere rally’s – de momenten waarop de bal in het spel is.

De onderzoekers voerden controle-experimenten uit waarbij de hydrogel valse informatie kreeg over de positie van de bal of 'blind' opereerde door helemaal niet gestimuleerd te worden. Dit betekende dat de posities van de ionen van de gel het schermspel niet nauwkeurig weerspiegelden. DePong-Game of the hydrogel liet onder deze omstandigheden geen verbeteringen zien, wat erop wijst dat het alleen maar beter wordt als het de juiste informatie krijgt.

De hydrogel domineerdePongniet zo snel als DishBrain, dat minder dan 20 minuten nodig had om op zijn best te presteren. “Hydrogels zijn een veel eenvoudiger systeem”, zegt Hayashi. Maar hij voegt eraan toe dat de resultaten suggereren dat hydrogels extra rekenmogelijkheden hebben die onderzoekers kunnen helpen efficiëntere algoritmen te ontwikkelen.

“De auteurs hanteerden een creatieve benadering bij het toepassen van concepten uit de neurowetenschappen op een meer fysiek systeem”, zegt Kagan. Maar er moet meer werk worden gedaan om aan te tonen dat hydrogels daadwerkelijk kunnen 'leren', voegt hij eraan toe.