Zapomnijcie o neuronach, które grały w Ponga. Naukowcy stworzyli galaretę, która potrafi to samo

W tym artykule:

1. Co to jest Pong?
2. Jak przeprowadzono eksperyment?
3. W jaki sposób galareta się uczyła?
4. Po co nam „pamiętający” hydrożel?

Galaretka grająca w prostą grę wideo Pong to pomysł naukowców z brytyjskiego University of Reading. Zainspirowały ich przełomowe eksperymenty sprzed dwóch lat. W 2022 r. grupa badaczy związanych z australijskim startupem biotechnologicznym Cortical Labs nauczyła grać w Ponga kultury ludzkich i mysich neuronów. Teraz celem było sprawdzenie, czy podobną umiejętność może pozyskać znacznie prostszy twór.

Praca opublikowana właśnie w czasopiśmie naukowym „Cell Reports Physical Science” przynosi odpowiedź pozytywną. Galareta – a właściwie specjalny hydrożel – podpięta do systemu symulującego grę w Ponga opanowała jej zasady. Z czasem radziła też sobie coraz lepiej. Co w przypadku Ponga oznacza, że piłeczka była odbijana coraz dłużej.

Autorzy eksperymentu wykluczają, że hydrożel rozwinął jakąkolwiek formę świadomości. Jednak ich zdaniem w materiale powstał za to mechaniczny odpowiednik „pamięci”. – Nasze badania pokazują, że nawet bardzo proste materiały mogą wykazywać złożone, adaptacyjne zachowanie, zwykle kojarzone z żywymi systemami lub wyrafinowaną sztuczną inteligencją – powiedział dr Yoshikatsu Hayashi, jeden z autorów pracy.

Co to jest Pong?

To jedna z pierwszych gier komputerowych, wymyślona jeszcze w latach 70. poprzedniego wieku. Jest bardzo prosta. W wersji jednoosobowej gracz widzi kwadratowe lub prostokątne pole, w którym porusza się piłeczka. Odbija się ona od ścian, by prędzej czy później wrócić do gracza, sterującego poziomym „wiosłem”. Jego zadaniem jest przesuwać nim w górę i w dół tak, by odbić piłeczkę.

Bioinżynierowie z University of Reading sięgnęli po hydrożel zawierający aktywny elektrycznie polimer oraz wodę. Mówiąc prościej, w hydrożelu znajdowały się jony, czyli elektrycznie naładowane cząsteczki. Powodowało to, że materiał reagował na bodźce elektryczne. Kiedy przez galaretę przepuszczało się prąd, jony zbliżały się do jego źródła, „ciągnąc” za sobą cząsteczki wody. W ten sposób żel pęczniał, okresowo zmieniając kształt.

Jak przeprowadzono eksperyment?

Bryłkę takiej galaretki naukowcy umieścili na matrycy elektrod rozłożonych w układzie 3x3. Następnie przykryli ją podobną matrycą. Jedna z matryc reprezentowała uproszczone środowiska gry w Ponga. Poruszaniu się piłeczki po ekranie odpowiadał prąd przepuszczany przez kolejne elektrody.

Przepływ prądu powodował przemieszczanie się jonów w hydrożelu. Rejestrował to drugi układ elektrod, zaś komputer interpretował jako instrukcję, gdzie przesunąć wiosło. W ten sposób hydrożel mógł „grać”. Jak się jednak okazało, z czasem materiał radził sobie coraz lepiej i utrzymywał piłeczkę w grze dłużej.

W jaki sposób galareta się uczyła?

Umożliwiły to właściwości fizyczne hydrożelu. Zastosowany materiał pęcznieje szybciej niż się kurczy. – Rozkurczanie hydrożelu trwa znacznie dłużej niż czas potrzebny do jego pęcznienia, co oznacza, że na następny ruch jonów wpływa ich poprzedni ruch. A to przypomina działanie pamięci – wyjaśnia Vincent Strong, pierwszy autor pracy. – Z biegiem czasu, gdy piłka się porusza, żel „zapamiętuje” wszystkie ruchy – dodaje. Pozostają w nim fizyczne ślady tego, co zdarzyło się wcześniej, wpływające na dalszą grę.

To ostatecznie pozwala podnieść skuteczność w Pongu. Hydrożel odbija piłeczkę częściej i gra trwa dłużej. Jak stwierdzili badacze, swoje maksymalne możliwości w Pongu galaretka osiągnęła po 20 minutach „grania”. Neuronom z doświadczeń australijskich zajęło to o połowę mniej. Jednak warto zwrócić uwagę, że w przypadku hydrożelu środowisko gry zostało nieporównanie bardziej uproszczone.

Niezwykłe odkrycie. Woda paruje nie tylko pod wpływem ciepła. Do zamienienia jej w gaz wystarcza samo światło

Woda może przechodzić ze stanu ciekłego w stan gazowy bez dostarczenia ciepła. Do takich rewolucyjnych wniosków doszli naukowcy z MIT. Odkryli oni, że za parowanie odpowiada dodatkowy, niezna...

Po co nam „pamiętający” hydrożel?

Po co prowadzi się takie badania? Zdaniem ich autorów nieożywione materiały z formą mechanicznej pamięci mogą posłużyć do stworzenia nowych, prostych algorytmów. Byłyby one zdolne wypełniać te same zadania co znacznie bardziej skomplikowane programy wzorowane na ludzkich sieciach neuronowych. Hydrożel mógłby posłużyć również do zbudowania komputera analogowego.

To nie wszystko. – Nie wykluczam obecności hydrożelu w mózgach robotów. Brzmi fajnie i chciałbym to zobaczyć – powiedział „New Scientistowi” Strong. Dodał jednak, że jeszcze nie wiadomo, czy będzie to możliwe w praktyce.

Źródło: Cell Reports Physical Science, EurekAlert, EurekAlert, New Scientist.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com