Prodigio del Pong: el material de hidrogel muestra habilidades de aprendizaje inesperadas

Se cree que el comportamiento de aprendizaje emergente es el resultado del movimiento de partículas cargadas dentro del hidrogel en respuesta a la estimulación eléctrica, creando una forma de «memoria» en el propio material.

«Los hidrogeles iónicos pueden lograr el mismo tipo de mecánica de memoria que las redes neuronales más complejas», dice el primer autor e ingeniero en robótica, Vincent Strong, de la Universidad de Reading. «Hemos demostrado que los hidrogeles no sólo son capaces de jugar al Pong, sino que también pueden mejorar con el tiempo».

Los investigadores se inspiraron en un estudio anterior que demostró que las células cerebrales en un plato pueden aprender a jugar Pong si son estimuladas eléctricamente de una manera que les brinde información sobre su desempeño.

Suscríbase al boletín Daily Dose y reciba todas las mañanas las mejores noticias científicas de toda la Web directamente en su bandeja de entrada. Es fácil como el domingo por la mañana.

«Nuestro artículo aborda la cuestión de si los sistemas artificiales simples pueden calcular circuitos cerrados similares a los circuitos de retroalimentación que permiten a nuestro cerebro controlar nuestros cuerpos», dijo el Dr. Hayashi, autor correspondiente del estudio.

«El principio básico tanto en las neuronas como en los hidrogeles es que la migración y distribución de iones pueden funcionar como una función de memoria que puede correlacionarse con bucles sensoriomotores en el mundo Pong. En las neuronas, los iones se mueven hacia las células. En el gel, sin.»

Debido a que la mayoría de los algoritmos de IA existentes se derivan de redes neuronales, los investigadores dicen que los hidrogeles representan un tipo diferente de «inteligencia» que puede usarse para desarrollar algoritmos nuevos y más simples. En el futuro, los investigadores planean investigar más a fondo la «memoria» del hidrogel examinando los mecanismos detrás de su memoria y probando su capacidad para realizar otras tareas.

El gel palpitante imita el tejido cardíaco.

En un estudio relacionado reciente, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, el equipo del Dr. Hayashi, junto con sus colegas de Reading, el Dr. Zuowei Wang y el Dr. Nandini Vasudevan, mostraron cómo se puede enseñar a un material de hidrogel diferente a marcar un ritmo con un marcapasos externo. . Esta es la primera vez que esto se logra utilizando material distinto de células vivas.

Los investigadores demostraron cómo un material de hidrogel oscila química y mecánicamente, como la forma en que las células del músculo cardíaco se contraen al unísono. Proporcionan una interpretación teórica de estos comportamientos dinámicos.

Los investigadores descubrieron que al aplicar compresiones cíclicas al gel, podían lograr que sus oscilaciones químicas se sincronizaran con el ritmo mecánico. El gel retuvo un recuerdo de este latido forzado incluso después de que se detuvo el marcapasos mecánico.

«Este es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo de músculo cardíaco que algún día pueda usarse para estudiar la interacción de señales mecánicas y químicas en el corazón humano», dijo el Dr. Hayashi. «Abre posibilidades interesantes para reemplazar algunos experimentos con animales en la investigación cardíaca con estos modelos de gel funcionalizados químicamente».

El autor principal del estudio, el Dr. Tunde Geher-Herczegh, dijo que los hallazgos podrían proporcionar nuevas formas de investigar la arritmia cardíaca, una condición en la que el corazón late demasiado rápido, demasiado lento o irregularmente, que afecta a más de 2 millones de personas en el Reino Unido.

Ella dijo: «Los latidos cardíacos irregulares se pueden controlar con medicamentos o un marcapasos eléctrico, pero la complejidad de las células biológicas del corazón dificulta el estudio de los sistemas mecánicos subyacentes, independientemente de los sistemas químicos y eléctricos del corazón».

«Nuestros hallazgos pueden conducir a nuevos descubrimientos y tratamientos potenciales para la arritmia, y contribuirán a nuestra comprensión de cómo se pueden utilizar materiales artificiales en lugar de animales y tejidos biológicos, para futuras investigaciones y tratamientos».

Implicaciones y direcciones futuras

Estos estudios, que combinan conceptos de la neurociencia, la física, la ciencia de los materiales y la investigación cardíaca, sugieren que los principios fundamentales que subyacen al aprendizaje y la adaptación en los sistemas vivos pueden ser más universales de lo que se pensaba anteriormente.

El equipo de investigación cree que sus hallazgos podrían tener implicaciones de gran alcance para campos que van desde la robótica blanda y las prótesis hasta la detección ambiental y los materiales adaptativos. El trabajo futuro se centrará en desarrollar comportamientos más complejos y explorar posibles aplicaciones en el mundo real, incluido el desarrollo de modelos de laboratorio alternativos para avanzar en la investigación cardíaca y reducir el uso de animales en estudios médicos.

Si disfrutas el contenido que creamos y te gustaría apoyarnos, ¡considera convertirte en patrocinador de Patreon! Al unirse a nuestra comunidad, obtiene acceso a ventajas exclusivas, como acceso temprano a nuestro contenido más reciente, actualizaciones entre bastidores y la posibilidad de enviar preguntas y sugerir temas que cubrimos. Su apoyo nos permitirá continuar creando contenido de alta calidad y llegar a una audiencia más amplia.

¡Únase a nosotros en Patreon hoy y trabajemos juntos para crear más contenido sorprendente! https://www.patreon.com/ScientificInquirer