Un idrogel polimerico elettroattivo ha "imparato" a giocare a Pong, il classico videogioco di tennis da tavolo, attraverso la memorizzazione di schemi di stimolazione elettrica. La scoperta, pubblicata sulla rivista Cell Reports Physical Science, è stata fatta da un team di ricercatori guidato dall'ingegnere biomedico Yoshikatsu Hayashi dell'Università di Reading nel Regno Unito.
Questa ricerca dimostra come anche materiali molto semplici possano esibire comportamenti complessi e adattivi tipicamente associati ai sistemi viventi o all'intelligenza artificiale avanzata. Gli idrogel sono materiali soffici e flessibili che si gonfiano in acqua senza dissolversi, mantenendo la propria forma. Sono ampiamente utilizzati in vari campi, dalle lenti a contatto agli impianti medici.
"Il nostro studio apre interessanti possibilità per lo sviluppo di nuovi tipi di materiali 'intelligenti' in grado di apprendere e adattarsi all'ambiente circostante", ha dichiarato Hayashi.
I ricercatori si sono ispirati in parte a un precedente esperimento del 2022, in cui cellule cerebrali coltivate in laboratorio erano state "addestrate" a giocare a Pong attraverso la stimolazione elettrica.
Per questo nuovo esperimento, i ricercatori hanno sfruttato la capacità intrinseca degli idrogel di convertire l'energia chimica in oscillazioni meccaniche. Applicando compressioni cicliche tramite un pacemaker esterno, hanno scoperto che quando l'oscillazione di un campione di gel corrispondeva alla risonanza armonica del battito del pacemaker, il sistema manteneva una "memoria" di quel periodo di oscillazione risonante, conservandola anche dopo lo spegnimento del pacemaker.
Il gioco Pong si è rivelato una scelta eccellente per gli esperimenti, grazie alla sua semplicità. L'ambiente di gioco coinvolge solo poche variabili: la posizione della racchetta e quella della palla. Ciò ha permesso di testare efficacemente le capacità di apprendimento del materiale.
Nel contesto di Pong, la parte sensoriale della rete neurale artificiale riceve gli input di posizione, determina un'azione (muovere la racchetta su o giù) e genera un'aspettativa sullo stato successivo. Se interpreta correttamente l'ambiente, lo stato previsto sarà simile a quello reale, fungendo da ricompensa. In caso contrario, la rete rivede le proprie connessioni e riprova.
Potenziali applicazioni future
Questa ricerca potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni degli idrogel in campi come la medicina e la robotica. Ad esempio, idrogel "intelligenti" potrebbero essere utilizzati per creare protesi più avanzate o sistemi di rilascio controllato di farmaci capaci di adattarsi alle condizioni del corpo.
Inoltre, la capacità di questi materiali di "apprendere" e adattarsi potrebbe portare allo sviluppo di sensori ambientali più sofisticati o di nuovi tipi di interfacce uomo-macchina. Nel campo della ricerca sul cuore, idrogel con queste proprietà potrebbero fornire alternative all'uso di animali, offrendo nuovi modi per studiare condizioni come l'aritmia cardiaca.
Sebbene ci siano ancora limiti da superare, gli idrogel non giocano a Pong particolarmente bene, questa ricerca rappresenta un importante passo avanti nella comprensione di come materiali non viventi possano esibire comportamenti simili all'apprendimento. Ciò potrebbe avere profonde implicazioni per lo sviluppo di materiali intelligenti e adattivi in futuro.