ไฮโดรเจล เล่นเกมปิงปอง นักวิทยาศาสตร์เพิ่งทำให้ ‘สิ่งที่ไม่มีชีวิต’ สามารถเล่นและพัฒนาประสิทธิภาพของมันได้ เมื่อเวลาผ่านไป
ในรายงานใหม่ที่เผยแพร่บนวารสาร Cell Report Physical Science ได้เผยให้เห็นว่าวัสดุที่นำไปทำ ‘แผ่นแปะลดไข้’ อย่างไฮโดรเจลที่เหนียวนุ่มและอุดมไปด้วยน้ำ ไม่เพียงแต่สามารถเล่นวิดีโอเกมที่ชื่อ ‘Pong’ หรือปิงปองได้เท่านั้น แต่ยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพรูปแบบการเล่นให้ดีผ่านการเรียนรู้โดยใช้เวลาเล็กน้อย
ปอง นั้นเป็นวิดีโอเกมที่เปิดตัวครั้งแรกในปี 1972 โดย ‘Atari’ ซึ่งได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วและเป็นหนึ่งในเกมที่มีอิทธิพลมากที่สุดตลอดกาล โดยเกมจะประกอบไปด้วยผู้เล่นสองคนและ ‘ลูกบอล’ แบบพิกเซลที่เด้งไปมาระหว่างทั้งคู่คล้ายกับกีฬาปิงปองในโลกแห่งความเป็นจริง
แม้เกมนี้จะเปิดตัวมาเป็นเวลากว่า 50 ปีแล้วทว่านักวิทยาศาสตร์หลายคนก็ยังคงใช้ ปอง เป็นเกณฑ์มาตรฐานที่มีประโยชน์สำหรับการฝึกไม่ใช่เพียงแค่ปัญญาประดิษฐ์และเครือข่ายระบบประสาทต่าง ๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึง ‘ปัญญาชีวะ’ หรือ organoid intelligence (OI. (โอไอ)) ซึ่งก็คือ คอมพิวเตอร์ชีวภาพจากเซลล์ของมนุษย์ ด้วยเช่นกัน
ระบบ OI เหล่านี้เติบโตมาจากเซลล์ต้นกำเนิดที่จะพัฒนาไปเป็น ‘สมอง’ ขั้นพื้นฐาน และอาจเป็นตัวเลือกที่มีแนวโน้มดีกว่าฮาร์ดแวร์แบบดั้งเดิม แต่อย่างไรก็ตามทั้ง AI. และ OI. ต่างก็เป็นอุตสาหกรรมที่ใช้ทรัพยากรและค่าใช้จ่ายสูงมากในปัจจุบัน ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์บางคนจึงหันไปหาวิธีการใหม่ ๆ เพื่อลดต้นทุนที่เกิดขึ้น
“ไฮโดรเจลไอออนิกสามารถสร้างกลไกความจำแบบเดียวกับเครือข่ายประสาทที่ซับซ้อนกว่าได้ เราแสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจลไม่เพียงแต่เล่น ‘ปอง’ ได้เท่านั้น แต่ยังสามารถเล่นได้ดีขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปด้วย” วินเซนต์ สตรอง (Vincent Strong) วิศวกรหุ่นยนต์จากมหาวิทยาลันเรดดิ่ง ในสหราชอาณาจักรกล่าว
ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรการแพทย์ โยชิคัตสึ ฮายาชิ (Yoshikatsu Hayashi) ได้ทำการต่อก้อนวัสดุที่ไม่มีชีวิตแต่มีฤทธิ์ทางไฟฟ้าที่เรียกว่า ‘ไฮโดรเจลเบลูซอฟ-ซาโบตินสกี้’ (Belousov-Zhabotinsky; BZ) เข้ากับการจำลองคอมพิวเตอร์ของวิดีโอเกม ปอง โดยใช้ชุดอิเล็กโทรดหลายขั้วแบบพิเศษที่เป็น OI.
ซึ่งเมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าปริมาณเล็กน้อย ไฮโดรเจล BZ จะแตกตัวเป็นไอออนส่งผลให้โมเลกุลของน้ำไฮโดรเจลสั่นและพองตัว ทำให้รูปร่างโดยรวมของแผ่นไฮโดรเจลเปลี่ยนในกระบวนการนี้ แต่การ ‘หด’ ตัวกลับของมันจะเกิดขึ้นในอัตราที่ช้ากว่ามากเมื่อเทียบกับตอนที่ขยายตัวในช่วงแรก ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนไหวแต่ละครั้งจะส่งผลต่อการเคลื่อนไหวครั้งต่อไป
“มันคล้ายกับการเกิดขึ้นของความทรงจำ” สตรอง กล่าว “การจัดเรียงไอออนอย่างต่อเนื่องภายในไฮโดรเจลนั้นขึ้นอยู่กับการจัดเรียงในก่อนหน้านี้ ซึ่งดำเนินต่อไปจนถึงช่วงที่สร้างขึ้นครั้งแรกและมีการกระจายตัวของไอออนที่เป็นเนื้อเดียวกัน”
กล่าวอย่างง่าย แผ่นไฮโดรเจลเหล่านี้จะได้รับกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่แตกต่างกันไปในแต่ละครั้ง ทำให้เกิดรูปร่างที่แตกต่างกัน ซึ่งจะส่งผลต่อ ‘การตอบสนอง’ กับสิ่งแวดล้อมภายนอก โดยในบริบทนี้คือวิดิโอเกม ปอง
เมื่อไฟฟ้ากระตุ้นจุดใดจุดหนึ่ง ไฺฮโดรเจลตรงจุดนั้นก็จะสร้าง ‘พอง’ ตัวขึ้นมากระตุ้นเซ็นเซอร์ที่จะไประบุตำแหน่ง ‘ไม้ตี’ ในเกม ดังนั้นไม้ตีจึงสามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ แต่สิ่งที่น่าประหลาดใจก็คือ เมื่อทีมวิจัยกระตุ้นไฟฟ้าเพื่อแจ้งตำแหน่งสุ่มของลูกบอกให้เจลทราบและวัดการไหลของไอออน พร้อมกับจดบันทึกว่าการตีลูกแต่ละครั้งใช้เวลานานเท่าไหร่ พวกเขาก็พบว่า เจล ใช้เวลาเพียง 20 นาทีก็จะขึ้นไปถึงระดับการเล่นปองที่จุดสูงสุด
“หลักการพื้นฐานในทั้งเซลล์ประสาทและไฮโดรเจลก็คือ การเคลื่อตัวและการกระจายตัวของไอออนสามารถทำหน้าที่เป็นฟังก์ชันความจำที่สามารถสัมพันธ์กับวงจรรับความรู้สึก-สั่งการในโลกของปองได้” ศาสตราจารย์ ฮายาชิ อธิบาย “ในเซลล์ประสาท ไอออนจะเคลื่อนที่ภายในเซลล์ ส่วนในเจล ไอออนจะเคลื่อนที่อยู่ภายนอก”
ขณะที่ สตรอง อธิบายเสริมว่า “เมื่อเวลาผ่านไป ขณะที่ลูกบอลเคลื่อนที่ เจลจะรวบรวมความทรงจำของการเคลื่อนไหวทั้งหมด จากนั้นไม้ปิงปองจะเคลื่อนที่เพื่อรองรับลูกบอลนั้นภายในสภาพแวดล้อมจำลอง” เขากล่าว “ไอออนจะเคลื่อนที่ในลักษณะที่สร้างแผนที่ความทรงจำของการเคลื่อนไหวทั้งหมดในช่วงเวลาหนึ่ง และความทรงจำนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพดีขึ้น”
อย่างไรก็ตามแม้จะบอกว่าแผ่นไฮโดรเจลสามารถพัฒนาการเล่นปองของมันไปจนถึงระดับจุดสูงสุดใน 20 นาทีได้ แต่ไฮโดรเจลนี้ก็ไม่เคยเอาชนะคู่ต่อสู้ที่เป็นคอมพิวเตอร์ได้เลย และสามารถเพิ่มความแม่นยำได้สูงสุดที่ประมาณ 10% เท่านั้น
กระนั้นงานวิจัยก็ยังมีความพิเศษอยู่เนื่องจากความทรงจำเหล่านี้เป็นหลักฐานของความสามารถที่เกิดขึ้นเองได้ ซึ่งวัสดุดังกล่าวไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อฝึกฝนเป็นพิเศษ ทว่าผลลัพธ์นี้ก็ไม่ได้หมายความว่ามันมีความรู้สึกหรือพฤติกรรมโดยตั้งใจขึ้นมา
ทางศาสตราจารย์ ฮายาชิ เสนอว่าไฮโดรเจลอาจต่อยอดไปเป็น ‘ปัญญาประดิษฐ์’ ในรูปแบบอื่น ๆ ที่สามารถนำมาใช้สร้างระบบอัลกอริทึมที่ง่ายกว่าได้ และอย่างน้อยที่สุดก็คือมันได้เปิดประตูบานใหม่ในการสำรวจกระบวนการเกิดขึ้นของความทรงจำพื้นฐานภายในเซลล์
“เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าความทรงจำเกิดขึ้นเองภายในไฮโดรเจล แต่ขั้นตอนต่อไปคือการดูว่าเราสามารถแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนได้หรือไม่ว่าการเรียนรู้กำลังเกิดขึ้นจริง ๆ” สตรอง กล่าว
สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
Shadowgate/Wikimedia Commons
ที่มา
อ่านเพิ่มเติม : ยานอวกาศจันทรายาน 3 ของอินเดีย เผยหลักฐาน ดวงจันทร์เคยปกคลุมด้วยมหาสมุทรแมกมา
