Eine Studie zeigt, dass ein Hydrogel lernen und sich beim Pong-Spielen verbessern kann und dabei komplexe adaptive Verhaltensweisen zeigt. Das Material ahmt auch erfolgreich die Rhythmen des Herzgewebes nach und stellt damit ein potenzielles Modell für die Herzforschung dar, das die Abhängigkeit von Tierversuchen verringern könnte. (Bild: https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(24)00436-3)
Das 1972 von Atari veröffentlichte Pong ist eines der ersten und bekanntesten Videospiele. Unzählige – auch ich in jungen Jahren – staunten, wie ein Ball sich zwischen zwei nach oben und unten verschiebbaren Balken hin und her bewegte. Quasi ein elektronisches Tennis in seiner einfachsten Form. Nun haben Forscher das Spiel benutzt, um ein ungewöhnliches Experiment durchzuführen. Aber nicht um des Spielens Willen, sondern um die Forschung zu verändern.
Die Forschungsergebnisse über das „Hydrogel-Gehirn“ aus der Universität Reading, veröffentlicht am 22. August 2024 im Fachmagazin Cell, bieten tiefere Einblicke in die adaptive Kapazität von einfachen Materialien. In einem experimentellen Durchbruch hat ein Team unter der Leitung von Dr. Yoshikatsu Hayashi gezeigt, dass ein Hydrogel, ein weiches und flexibles Material, in der Lage ist, das Spiel Pong zu erlernen und seine Leistung mit der Zeit zu verbessern. Wie das aussieht, zeigt dieses Video
Hydrogel spielt Pong
Wie konnte das Hydrogel Pong erlernen?
Forscher nutzten ein speziell entwickeltes Multi-Elektroden-Array, um das Hydrogel mit einer Computersimulation des klassischen Spiels Pong zu verbinden. Die Bewegung des Hydrogels wurde durch die Verteilung geladener Partikel innerhalb des Materials gesteuert, die auf elektrische Stimulation reagierten. Durch wiederholtes Spielen verbesserte sich die Genauigkeit des Hydrogels bei der Ballabfangung um bis zu 10 %, was zu längeren Ballwechseln führte.
Wie funktionieren die Lernmechanismen im Hydrogel?
Die Fähigkeit des Hydrogels, sich anzupassen, beruht auf der Bewegung geladener Ionen innerhalb des Materials. Diese Ionenbewegung führt zu einer Art „Gedächtnis“, das vergleichbar mit den Mechanismen in neuronalen Netzwerken ist. Diese Forschung legt nahe, dass einfache, nicht-lebende Materialien in der Lage sein könnten, komplexe Algorithmen zu unterstützen, was Potenzial für zukünftige Entwicklungen im Bereich intelligenter Materialien bietet.
Anwendung in der Herzforschung
Zusätzlich zu den Fortschritten im Bereich des Spiels Pong zeigte das Team von Dr. Hayashi in einer verwandten Studie, dass ein anderes Hydrogel-Material das Verhalten von Herzgewebe nachahmen kann. Durch rhythmische Stimulation mit einem externen Herzschrittmacher konnte das Hydrogel synchronisierte chemische und mechanische Oszillationen erzeugen, ähnlich wie Herzmuskelzellen. Diese Fähigkeit könnte dazu beitragen, Tierversuche in der Herzforschung zu reduzieren, indem solche Gelmodelle als Ersatz verwendet werden.
Breitere Implikationen und zukünftige Forschung
Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass die grundlegenden Prinzipien von Lernen und Anpassung in lebenden Systemen möglicherweise universeller sind als bisher angenommen. Zukünftige Untersuchungen werden darauf abzielen, komplexere Verhaltensweisen zu entwickeln und praktische Anwendungen in Bereichen wie der weichen Robotik, Prothetik und Umweltüberwachung zu erkunden. Insbesondere könnten alternative Labormodelle entwickelt werden, um die Herzforschung voranzutreiben und den Einsatz von Tieren in medizinischen Studien zu reduzieren.
Der Autor: Dr. Martin Large
Aus dem Schoß einer Lehrerfamilie entsprungen (Vater, Großvater, Bruder und Onkel), war es Martin Large schon immer ein Anliegen, Wissen an andere aufzubereiten und zu vermitteln. Ob in der Schule oder im (Biologie)-Studium, er versuchte immer, seine Mitmenschen mitzunehmen und ihr Leben angenehmer zu gestalten. Diese Leidenschaft kann er nun als Redakteur ausleben. Zudem kümmert er sich um die Themen SEO und alles was dazu gehört bei all-electronics.de.