อังกฤษพัฒนาไฮโดรเจลคล้ายสมอง นักวิจัยอ้างว่ามีความทรงจำ อาจเป็นอีกก้าวของการพัฒนา AI

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเรดิง (University of Reading) ประเทศอังกฤษ พัฒนา "ไฮโดรเจล" หรือวัสดุเจลที่มีส่วนประกอบส่วนใหญ่เป็นน้ำ (Water-Rich Gel) และพัฒนาให้มีความสามารถคล้ายกับ "สมอง" โดยอ้างว่าไฮโดรเจลที่พัฒนาขึ้นนี้ สามารถเรียนรู้จนนำไปใช้เล่นเกมคลาสสิกอย่างเกมปอง (Pong) โดยเล่นได้เก่งขึ้นเรื่อย ๆ แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการจดจำ ชี้ให้เห็นถึงแนวทางใหม่ สำหรับการวิจัยและพัฒนาในอนาคต

ทั้งนี้เกมปอง วางจำหน่ายในปี ค.ศ. 1972 ถือเป็นหนึ่งในวิดีโอเกมยุคแรก ๆ มีหลักการเล่นง่าย ๆ คือ มีไม้ตี 2 อันที่สามารถขยับขึ้นลงเพื่อตีลูกโต้กลับกันไปมา ยิ่งโต้กันนานเท่าไหร่ คะแนนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น 

การศึกษาก่อนหน้า

ในปี ค.ศ. 2022 เบร็ต คาแกน (Brett Kagan) หัวหน้าฝ่ายวิทยาศาสตร์ของห้องปฏิบัติการณ์คอร์ติ (Cortical Labs) ในประเทศออสเตรเลีย ได้ทำการศึกษาโดยนำ "เซลล์สมองของมนุษย์" มาเลี้ยงในจานเพาะเลี้ยง ชื่อว่า ดิชเบรน (DishBrain) จนมันสามารถเล่นเกมปองได้ งานวิจัยนี้จุดประกายให้ ดร. โยชิคัตสึ ฮายาชิ (Yoshikatsu Hayashi) วิศวกรชีวการแพทย์ของมหาวิทยาลัยเรดิง เกิดคำถามขึ้นมาว่า "วัสดุที่ไม่ได้มาจากสิ่งมีชีวิต (Non-Biological Material) จะสามารถเล่นเกมปองได้หรือไม่?" จนเกิดเป็นการศึกษาใหม่นี้ขึ้นมา

การศึกษานี้พวกเขาหันมาใช้วัสดุไฮโดรเจลโพลิเมอร์เชิงไฟฟ้า (Electro-Active Polymer หรือ EAP) ซึ่งภายในมีอนุภาคมีประจุที่เรียกว่า ไอออน เมื่อไฮโดรเจลชนิดนี้ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ไอออนจะเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ และพาโมเลกุลของน้ำเคลื่อนที่ตามไปด้วย ส่งผลให้ไฮโดรเจลเปลี่ยนรูปร่าง ทำให้การกระจายตัวของไอออนมีการเปลี่ยนแปลง 

การกระจายตัวของไอออนใหม่นี้ ไม่ใช่การกระจายตัวแบบสุ่ม เพราะได้รับอิทธิพลจากตำแหน่งก่อนหน้า และส่งผลกระทบไปยังการจัดเรียงอนุภาคครั้งถัดไป โดยฮายาชิกล่าวว่า "มันเหมือนกับความทรงจำทางกายภาพ" ซึ่งหมายถึงหนึ่งในคุณสมบัติทางกายภาพ ที่สถานะปัจจุบันจะขึ้นอยู่กับประวัติการเปลี่ยนแปลงครั้งก่อนหน้า คุณสมบัตินี้เอง ที่ทำให้ไฮโดรเจลคล้ายกับวิวัฒนาการไปตามปฏิสัมพันธ์ครั้งก่อนหน้าได้

การทดสอบไฮโดรเจล

เพื่อที่จะนำไฮโดรเจลนี้มาทดสอบว่าสามารถเล่นเกมปองได้หรือไม่ นักวิจัยได้นำไฮโดรเจลที่พัฒนาขึ้น มาเชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์ของเกมปอง โดยอุปกรณ์เชื่อมต่อจะประกอบด้วยแผ่นพลาสติก 2 แผ่น จากนั้นวางไฮโดรเจลไว้ตรงกลางระหว่างแผ่นพลาสติกทั้ง 2 แผ่น โดยที่อุปกรณ์ทั้ง 2 ด้านนั้น จะมีอิเล็กโทรด หรือ ตัวที่พาไฟฟ้าเข้าหรือออกจากวัตถุหรือสสาร อยู่แผ่นละ 9 อิเล็กโทรด จัดเรียงเป็นตารางในลักษณะ 3x3 โดยที่อิเล็กโทรดเหล่านี้ จะเชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์ของเกมปองผ่านขั้วไฟฟ้าจำนวนมาก

จากนั้นนักวิจัยได้จ่ายไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นอิเล็กโทรด 6 คู่ในแนว 3x2 จากอุปกรณ์ทั้ง 2 ด้าน ซึ่งเชื่อมต่อตรงกับเกมปอง ปรากฏเป็นช่องตาราง 6 ช่อง ทุกครั้งที่ลูกบอลเคลื่อนที่ผ่านช่องสี่เหลี่ยมใดช่องหนึ่ง อิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องจะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังไฮโดรเจล ทำให้ไอออนเปลี่ยนตำแหน่ง จากนั้นอิเล็กโทรดตรวจจับ ซึ่งก็คืออีก 3 คู่ที่เหลือ จะวัดกระแสไฟฟ้าของไอออนที่จัดเรียงใหม่และถ่ายทอดข้อมูลนี้กลับไปยังคอมพิวเตอร์ ซึ่งระบบจะตีความว่าเป็นคำสั่งให้ย้ายตำแหน่งการเคลื่อนที่ของไม้ตี 

ในช่วงแรก ๆ เมื่อไอออนกระจายตัวอย่างเท่า ๆ กัน และมีลักษณะเป็นแบบสุ่ม ไม้จะตีไม่โดนลูกบอล แต่เมื่อลูกบอลกระเด้งไปมาในสนามซ้ำ ๆ ไฮโดรเจลจะถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อย ๆ และจุดที่ลูกบอลผ่านบ่อยที่สุดก็จะสะสมไอออนไว้มากที่สุด 

ซึ่งบริเวณที่เกิดการสะสมไอออนนี้จะทำหน้าที่เป็นเหมือน "หน่วยความจำของกล้ามเนื้อ (Muscle Memory)" ที่เมื่อเกิดการใช้งานกล้ามเนื้อซ้ำ ๆ ก็จะมีการเสริมสร้างเส้นทางประสาท ส่งผลให้สามารถทำกริยานั้น ๆ ได้อย่างง่ายดายหรือแม่นยำมากขึ้น 

ดังนั้นเมื่อไฮโดรเจลมีความสามารถในการจดจำแบบนี้ได้ จึงส่งผลให้ไม้ตีทำงานได้อย่างแม่นยำมากขึ้น หรือก็คือไม้ตีสามารถตีลูกบอลโดนบ่อยมากขึ้น จึงทำให้สามารถตีโต้ได้นานขึ้น

ความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญ

ดร. โยชิคัตสึ ฮายาชิ กล่าวว่า “การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าแม้แต่วัสดุที่เรียบง่ายมาก ก็ยังสามารถปรับตัวได้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้ววิธีการแบบนี้จะเกิดขึ้นกับสิ่งมีชีวิตหรือปัญญาประดิษฐ์ที่ซับซ้อน”

ดร. เบรตต์ คาแกน กล่าวว่า “ระบบการทำงานของไฮโดรเจลแสดงให้เห็นรูปแบบพื้นฐานของความจำ และอาจเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงภายในตัวกลาง ที่อาจช่วยให้สัญญาณไฟฟ้าเดินทางผ่านตัวกลางได้ดีขึ้น” แต่อย่างไรก็ตาม คาแกนกล่าวว่ายังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมอีกมาก จึงจะสามารถสรุปได้ว่าไฮโดรเจลสามารถ “เรียนรู้” ได้

ดร. วินเซนต์ สตรอง (Vincent Strong) ผู้เขียนคนแรกของงานวิจัยนี้ ยืนยันว่าไฮโดรเจลมีความทรงจำและเป็นหลักฐานของความสามารถที่เกิดขึ้น ซึ่งโดยปกติแล้ววัสดุจะไม่มีความสามารถนี้ แต่ไม่ได้แปลว่าวัสดุนี้มีความรู้สึก หรือสามารถแสดงพฤติกรรมได้ตามความต้องการ เพียงแต่ว่ามันสามารถรักษาคุณสมบัติทางกายภาพจากสิ่งที่เกิดขึ้นได้ เหมือนกับรอยบุบบนหมอนหลังจากที่เราผละออกจากหมอน วิธีการนี้อาจนำไปสู่การพัฒนาอัลกอริธึมสำหรับเครือข่ายประสาทเทียม (Neural Networks) ได้ง่ายขึ้น ซึ่งเครือข่ายประสาทเทียมก็เป็นรากฐานของระบบปัญญาประดิษฐ์ หรือ AI ดังนั้นจึงถือว่าอาจจะเป็นอีกหนึ่งวิธีการในการพัฒนา AI ในอนาคต

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Cell Reports Physical Science ฉบับวันที่ 22 สิงหาคม 2024

ที่มาข้อมูล Theguardian, ScienceAlert, Cell, Nature

ที่มารูปภาพ Cell