مقاله‌ای علمی در مورد هیدروژل مرده که بازی ویدئویی پنگ را با تحریک الکتریکی انجام می‌دهد
با یک شرکت کننده جدید در دنیای بازی‌های ویدئویی آشنا شوید: یک هیدروژل غیر زنده.
این ماده به ظاهر ساده دانشمندان را با نشان دادن توانایی یادگیری و بهبود بازی تحت تأثیر قرار داده است.
تیمی از مهندسین رباتیک به رهبری وینسنت استرانگ از دانشگاه ریدینگ این آزمایش بازی پنگ را با استفاده از هیدروژل‌ها انجام دادند.
استرانگ به Interesting Engineering (IE) توضیح داد: «هیدروژل‌ها ساختارهای پلیمری هستند که آب را نگه می‌دارند، مانند ژلاتین یا کاراگین (جلبک قرمز). هیدروژلی که ما استفاده کردیم پلی‌آکریل‌آمید یونیزه بود، که در برابر گرما و برق مقاوم‌تر است و به ما اجازه می‌دهد آن را از طریق آرایه چند الکترودی به بازی پنگ درون کامپیوتر وصل کنیم.»
پنگ یک بازی کلاسیک است که شامل دو پایه است که ضربه می‌زنند و یک توپ. هدف این است که توپ از پایه عبور نکند.
تحریک الکتریکی هیدروژل
محققان هیدروژلی را به محیط مجازی پنگ متصل کرده و آن را به صورت الکتریکی برای حرکت دادن تحریک کردند تا این بازی را انجام دهد.
هیدروژل «پلیمر الکترو فعال» برای این آزمایش استفاده شد. این نوع هیدروژل به دلیل وجود یون‌ها در محیط اطراف به تحریک الکتریکی واکنش نشان می‌دهد.
پایه هیدروژل توسط جریان یون‌ها در ساختارش کنترل می‌شد، در حالیکه موقعیت توپ از طریق تحریک الکتریکی رمزگذاری شده بود.
استرانگ افزود: «عنصر کلیدی این است که هیدروژلی که استفاده می‌کنیم یونیزه است، به این معنی که حاوی یون‌های باردار آزاد است که می‌توانند توسط میدان الکتریکی تأثیر بپذیرند و باعث مهاجرت آنها و جذب مولکول‌های آب با خود شوند که منجر به تغییر شکل در هیدروژل می‌شود.»
محققان پیشرفت هیدروژل در بازی را با ردیابی امتیازش در طول بازی اندازه‌گیری کردند. سیستم امتیازدهی بازی به ضربات موفقیت‌آمیز پایه امتیاز می‌داد و در صورت از دست رفتن توپ، امتیاز را صفر می‌کرد.
دقت در طول زمان افزایش یافت
در طول زمان، هیدروژل توانست دقت ضربات به توپ را تا ۱۰ درصد افزایش دهد. جالب اینجاست که این به هیدروژل اجازه می‌دهد تا تعاملات توپ بیشتری را انجام دهد.
تیم تحقیقاتی تاکید می‌کند که این آزمایش نشان می‌دهد که اشیاء غیر زنده ممکن است از «حافظه» برای یادگیری محیط خود استفاده کنند.
استرانگ به IE گفت: «ما این بهبود را به حافظه‌ی هیدروژل از حرکت توپ نسبت دادیم، اساساً با ادامه بازی، هیدروژل تجربه‌ای از چگونگی حرکت توپ کسب می‌کند و بهتر می‌تواند آن را با پایه قطع کند. ایجاد یک نوع نمایه مجرد از نحوه حرکت توپ توسط یون‌ها و مولکول‌های آب درون هیدروژل.»
استرانگ ادامه داد و آنچه به عنوان «حافظه» هیدروژل شناخته می‌شود را توصیف کرد. این به «هیسترزیس» در حرکت یون‌ها نسبت داده می‌شود.
هنگام تحریک الکتریکی، هیدروژل گسترش یافته و زمان بیشتری برای جمع شدن دوباره طول می‌کشد. «این به این معنی است که یک نوع هیسترزیس در حرکت یون‌ها وجود دارد، چرا که هر تحریک پی در پی یون‌ها را کمتر و کمتر حرکت می‌دهد. این به عنوان نوعی حافظه عمل می‌کند، چرا که نتیجه هر تحریک در حرکت یون‌ها مستقیماً تحت تأثیر تحریکات و حرکات یون‌های قبلی است.»
این رفتار مانند یک عملکرد حافظه است، که تجربیات گذشته بر رفتارهای آینده تأثیر می‌گذارد.
تنها ۲۰ دقیقه طول کشیده تا به اوج ضربات برسد
این آزمایش از مطالعات قبلی الهام گرفته شد که نشان داده بود سلول‌های مغزی فعال شده به صورت الکتریکی می‌توانند یاد بگیرند که پنگ بازی کنند.
یوشی‌کاتسو هایاشی از دانشگاه ریدینگ در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «اصل اساسی در هر دو نورون و هیدروژل ها این است که مهاجرت و توزیع یون‌ها می‌تواند به عنوان یک عملکرد حافظه عمل کند که می‌تواند با حلقه‌های حسی-حرکتی در دنیای پنگ همبستگی داشته باشد. در نورون‌ها، یون‌ها درون سلول‌ها حرکت می‌کنند؛ در ژل، آنها در خارج حرکت می‌کنند.»
در حالی که نورون‌هایی که پنگ بازی می‌کردند در حدود ۱۰ دقیقه به اوج مهارت توپی خود رسیدند، هیدروژل نزدیک به ۲۰ دقیقه نیاز داشت تا به اوج توانایی پنگ خود برسد.
شبکه‌های عصبی به عنوان پایه برای اکثر الگوریتم‌های هوش مصنوعی مدرن عمل می‌کنند. با این مطالعه جدید، محققان نشان داده‌اند که هیدروژل‌ها یک نوع «هوش» متفاوت را تجسم می‌کنند. آنها معتقدند که این می‌تواند برای ایجاد الگوریتم‌های کمتر پیچیده در آینده استفاده شود.
محققان برنامه ریزی دارند تا به بررسی بیشتر «حافظه» هیدروژل با تحلیل مکانیزم‌های آن و آزمایش توانایی‌هایش در انجام وظایف دیگر بپردازند.
یافته‌ها در مجله Cell Reports Physical Science گزارش شد.
