USKUMATU ⟩ Üsna tavaline sültjas mödi suudab «mõelda» ja «mäletada»

See väike tarretisetükk võib mängida videomängu. Foto: Yoshikatsu Hayashi

Väike tilk läbipaistvat geeli suudab mitte ainult mängida videomängu Pong, vaid ka ajaga oma oskusi parandada.

Elektroodide abil mänguga liidestatuna näitas see lihtne polümeerist hüdrogeel mõõdetavat täpsuse suurenemist, mille jooksul ka mäng pikenes. See avastus demonstreerib mälu olemasolu isegi väga lihtsas keemilis-füüsikalisel süsteemil põhinevas materjalis.

Kuigi geel on kaugel tehisajust, viitab tema äsja avastatud omadus paljudele põnevatele uurimis- ja arendusvõimalustele.

«Meie uurimistöö näitab, et isegi väga lihtsad materjalid võivad näidata keerulist ja kohanemisvõimelist käitumist, mida tavaliselt seostatakse elusate süsteemide või keeruka tehisintellektiga,» selgitab Ühendkuningriigi Readingi ülikooli biomeditsiiniinsener Yoshikatsu Hayashi.

See avab põnevaid võimalusi arendada uusi «targa» materjali tüüpe, mis suudavad õppida ja kohaneda oma keskkonnaga.

Antud hüdrogeel põhineb elektroaktiivsel polümeeril (Electro-Active Polymer ehk EAP). Need on polümeerid, mis muudavad oma suurust või kuju, kui neile rakendatakse elektrivoolu, ja neid kasutatakse laialdaselt aktuaatorite ja andurite jaoks, olles omamoodi tehislihas.

Juba 2022. aastal demonstreeris uurimisrühm, et inimese ajurakkude tükki võib õpetada Pongi mängima, andes sellele tagasisidet, mis näitab, kas tükil õnnestus pikslist «palli» pikslise «labidaga» tabada.

Biomeditsiiniinsenerid Vincent Strong, William Holderbaum ja Hayashi, kõik Readingi ülikoolist, soovisid uurida, kas sarnast õppimisvõimet saaks demonstreerida milleski palju lihtsamas kui inimese ajukude.

EAP-hüdrogeel oli loogiline katseobjekt. Ioonid – laenguga osakesed – liiguvad hüdrogeeli ristseotud polümeeriahelate maatriksis, kui neile rakendatakse elektrivoolu, mis põhjustab geeli kuju muutuse.

Varem demonstreerisid Hayashi ja tema meeskond, kuidas seda nähtust saab ära kasutada, et panna hüdrogeel sünkroonis südamestimulaatoriga lööma nagu süda, mis paisub ja tõmbub kokku.

Nad märkasid selle uurimistöö käigus, et nende polüakrüülamiid-hüdrogeel säilitas selle südamelöömise «mällu» isegi pärast seda, kui teadlased südamestimulaatori välja lülitasid.

«Hüdrogeeli kokkutõmbumise kiirus on palju aeglasem kui selle algne paisumine, mis tähendab, et ioonide järgmine liikumine on mõjutatud nende eelmisest liikumisest, mis on omamoodi mälu,» selgitab Strong.

Ioonide jätkuv «ümberpaiknemine» hüdrogeelis põhineb varasematel «ümberpaiknemistel», ulatudes tagasi aega, mil geel esimest korda valmistati ja sellel oli homogeenne ioonide jaotus.

Et viia hüdrogeel järgmisele tasemele, töötasid teadlased välja spetsiaalse liidese ja kohandatud Pongi mängu, kus ainult üks labidas põrgatab palli vastu seina digitaalsel väljakul, nagu mängides seina vastu lauatennist.

Nad kasutasid elektrilist stimulatsiooni, et teavitada geeli palli juhuslikust asukohast, ja mõõtsid ioonide voogu, et hinnata labida asukohta. Samuti jälgisid nad, kui kaua iga pallivahetus kestis – vahetused geeli juhitava labida ja seina vahel ilma eksimata – ning leidsid, et pallivahetused muutusid ajaga pikemaks.

Geelil kulus umbes 20 minutit, et jõuda Pongi oskuste tipptasemele.

«Aja jooksul, kui pall liigub, kogub geel «mälestusi» kogu liikumisest. Ja siis liigub labidas, et seda palli simuleeritud keskkonnas tabada,» selgitab Strong. Ioonid liiguvad viisil, mis kaardistab mälestusi kogu liikumisest ja see «mälu» parandab tulemusi.

Teadlaste sõnul on see mälu tõendusmaterjal tekkinud võimest, milleks materjali ei ole spetsiaalselt loodud ega koolitatud. See ei tähenda siiski, et materjal oleks tundlik või käituks tahtlikult – see lihtsalt säilitab füüsilise mõju jälje, mida võiks võrrelda jäljega nahal pärast krobelise padja peal magamist.

Avastus on siiski põnev, avades mitmeid uurimisvõimalusi. Eriti huvitav oleks välja selgitada mälumehhanismid ja kas seda saaks treenida teisi ülesandeid täitma.

«Oleme näidanud, et mälu tekib hüdrogeelides, kuid järgmine samm on näha, kas saame näidata ka õppimise esinemist,» märgib Strong.

Uuring on avaldatud ajakirjas Cell Reports Physical Science.

Allikas: ScienceAlert