一个没有生命的水凝胶斑点可以玩乒乓球

受大脑类器官系统最新进展的启发，研究人员设计了一种简单的水凝胶电极阵列，不仅可以“玩”乒乓球，还可以随着时间的推移提高游戏性。

Pong于1972年由雅达利首次推出，是有史以来最基本但最有影响力的电子游戏之一。尽管它只是两个玩家桨和一个在它们之间反弹的像素化“球”，但它仍然是训练人工智能和神经网络以及类器官智能的有用基准。这些OI系统从干细胞成长为初级“大脑”，有朝一日可能会为更传统的硬件提供有希望的替代品。但人工智能和OI都是极其复杂、成本高昂的行业——如果简单得多的阵列也能达到类似的结果呢？英国雷丁大学的一个团队着手做到这一点，并于8月22日在《细胞报告物理科学》杂志上发表了他们令人惊讶的发现。正如《新科学家》周四在一段视频中强调的那样，这些结果有朝一日可能会影响新的、更简单的算法设计形式。

在生物医学工程教授Yoshikatsu Hayashi的带领下，研究人员使用定制的多电极阵列，将一团被称为Belousov-Zhabotinsky（BZ）水凝胶的无生命电活性材料连接到Pong的计算机模拟中。当受到小电流冲击时，BZ水凝胶会电离。这反过来会导致它们的水分子振荡和膨胀，在这个过程中改变样品的整体形状。但是水凝胶减少肿胀的速度比最初放大的速度要慢得多，这意味着每次运动都会影响下一次运动。

“[它]有点像记忆的发生，”机器人工程师和研究的第一作者文森特·斯特朗在一份随附的声明中解释道。“水凝胶内离子的持续重排是基于水凝胶内以前的重排，可以追溯到它首次制造时，离子分布均匀。”

“神经元和水凝胶的基本原理是，离子迁移和分布可以作为一种记忆功能，与乒乓世界的感觉运动回路相关，”林补充道。"在神经元中，离子在细胞内运行；在凝胶中，它们跑到外面。"

[相关：用于控制机器人的实验室培养的人类脑组织。]

一旦他们的系统就位，林和合作者通过向随机方向发送一个球开始了一轮乒乓球。然后，电刺激“通知”水凝胶球的位置，同时测量智能聚合物中的离子运动，以“确定”其虚拟桨位置。随着每一轮的进行，团队记录凝胶的准确率，看看它是否随着时间的推移而有所提高——事实上，它确实做到了。

“离子水凝胶可以实现与更复杂的神经网络相同的记忆机制，”斯特朗说。"我们证明了水凝胶不仅能打乒乓球，而且随着时间的推移，它们实际上会变得更好。"

然而，这种水凝胶从未成为Pong pro。据该团队称，他们的电离斑点从未真正击败其计算机对手，并将其准确度提高了最多约10%。这种聚合物在玩了20分钟后也达到了最高性能，而之前的大脑类器官测试仅在10分钟内就达到了最高性能。也就是说，这种进步使水凝胶能够在更长的比赛中竞争。

鉴于目前大多数人工智能算法都依赖神经网络来运行，林的团队现在理论上认为水凝胶可能提供一种不同形式的“智能”，可以用来创建更简单的算法系统。展望未来，研究人员希望进一步研究基本记忆形成背后的物理特性，并在其他应用中进行测试。