Самообучающийся гидрогель: как полимер имитирует мозг без программирования, играя в Pong?

В мире, где технологии развиваются с головокружительной скоростью, создание искусственного интеллекта, способного соперничать с человеческим, остается одной из самых амбициозных задач. Ученые всего мира исследуют разные подходы, и одним из наиболее перспективных является изучение биологических нейронных сетей (БНС).

Мозг — это сложнейшая система, состоящая из миллиардов нейронов, соединенных между собой триллионами синапсов. Именно эта сложная сеть обеспечивает нам способность мыслить, учиться, адаптироваться к изменениям. Но как воспроизвести такую сложную структуру в искусственной системе?

От кремния к гелю

Большинство современных компьютеров основаны на кремниевых чипах. Однако, ученые все чаще обращаются к альтернативным материалам, чьи свойства ближе к живой материи. Одним из таких материалов являются электроактивные полимерные гидрогели (ЭАП).

Представьте себе желеобразное вещество, которое способно менять форму под воздействием электричества. Это и есть ЭАП. Уникальность этих материалов заключается в том, что внутри них происходит миграция ионов — заряженных частиц. Под воздействием электрического поля ионы перераспределяются, изменяя форму геля.

Но самое интересное — динамика движения ионов напоминает формирование памяти. Именно это свойство привлекло внимание ученых из Университета Рединга, которые решили проверить, можно ли использовать ЭАП для создания искусственного интеллекта.

Pong как полигон для искусственного интеллекта

Чтобы проверить гипотезу, исследователи создали уникальную экспериментальную установку. В качестве «мозга» был использован ЭАП гидрогель, помещенный в многоэлектродную решетку (МЭР). Эта решетка позволила ученым точно контролировать электрическую стимуляцию геля и регистрировать изменения концентрации ионов.

В качестве «полигона» для искусственного интеллекта была выбрана игра Pong — классический пример задачи, используемой для обучения компьютерных систем. Положение мяча в игре кодировалось в виде электрических импульсов, подающихся на разные участки геля. В ответ на эти сигналы гель изменял свою форму, а МЭР регистрировала изменения концентрации ионов. Эти данные использовались для управления виртуальной ракеткой в игре.

Гель учится на своих ошибках

В ходе экспериментов ученые наблюдали поразительную картину: с течением времени гидрогель начал играть в Pong все лучше и лучше. Ракетка все чаще отбивала мяч, а продолжительность розыгрышей значительно увеличилась.

Важно отметить, что обучение происходило без какого-либо внешнего подкрепления — гидрогель не получал «награды» за успешные действия и «наказания» за промахи. Это говорит о том, что он способен адаптироваться к окружающей среде и изменять свое поведение на основе полученного опыта.

Новый взгляд на искусственный интеллект

Результаты исследования британских ученых открывают новые перспективы в области создания искусственного интеллекта. Они показывают, что вместо сложных алгоритмов и машинного обучения можно использовать принципы самоорганизации и адаптации, характерные для живой материи.

Возможно, именно активные материалы, такие как ЭАП гидрогели, станут основой для создания нового поколения искусственного интеллекта — более гибкого, адаптивного и, возможно, даже способного к творчеству.

На пути к «мыслящему» гелю

Конечно, до создания полноценного искусственного интеллекта на основе ЭАП еще далеко. Но исследование британских ученых — это важный шаг в этом направлении. В будущем исследователи планируют усовершенствовать экспериментальную установку и проверить возможности «мыслящего» геля в решении более сложных задач.

Важным направлением дальнейших исследований станет изучение механизмов формирования «памяти» в ЭАП гидрогелях. Возможно, понимание этих процессов позволит создать материалы с еще более высокой способностью к обучению и адаптации.

Исследование британских ученых — это яркий пример того, как фундаментальные научные исследования могут привести к созданию новых технологий, которые изменят наш мир.