Um hidrogel transparente consegue jogar Pong e melhora com o tempo

Um pequeno aglomerado de gel transparente e macio não só consegue jogar o videojogo Pong como também melhora o desempenho com o passar do tempo.

Ao ser ligado a uma versão adaptada do jogo por meio de uma matriz de elétrodos, esse hidrogel polimérico simples apresentou um aumento mensurável de precisão, o que se traduziu em trocas mais longas. O resultado sugere que até um material bastante básico pode reter algo semelhante a “memória”.

É claro que esse gel está muito longe de ser um cérebro artificial, mas a capacidade recém-observada aponta para caminhos instigantes de pesquisa e desenvolvimento.

“Nosso estudo mostra que até materiais muito simples podem exibir comportamentos complexos e adaptativos, normalmente associados a sistemas vivos ou a uma IA sofisticada”, explica o engenheiro biomédico Yoshikatsu Hayashi, da University of Reading, no Reino Unido.

“Isso abre possibilidades empolgantes para desenvolver novos tipos de materiais ‘inteligentes’ que consigam aprender e se adaptar ao ambiente.”

O que é o hidrogel EAP (polímero eletroativo)

O hidrogel analisado é baseado em um polímero eletroativo, conhecido pela sigla EAP. EAPs são polímeros que mudam de tamanho ou de forma quando recebem corrente elétrica e, por isso, são frequentemente usados em atuadores e sensores, funcionando como uma espécie de músculo artificial.

Em 2022, outro grupo de pesquisadores mostrou que um conjunto de células cerebrais humanas em uma placa de laboratório pode ser ensinado a jogar Pong com a ajuda de um retorno de informação que indica se o aglomerado conseguiu acertar uma “bola” simples de pixel com uma “raquete” de pixel.

Os engenheiros biomédicos Vincent Strong, William Holderbaum e o próprio Hayashi, todos da University of Reading, quiseram verificar se algo parecido - uma capacidade de aprender - poderia aparecer em um sistema muito mais simples do que tecido cerebral humano.

O hidrogel EAP era um candidato natural para o teste. Dentro da matriz formada por cadeias poliméricas entrecruzadas, íons - partículas com carga elétrica - se deslocam quando uma corrente é aplicada; esse movimento é o que faz o gel se deformar.

Antes disso, Hayashi e outra equipa já haviam mostrado como esse efeito pode ser explorado para fazer o hidrogel pulsar em sincronia com um marcapasso, expandindo e contraindo de modo semelhante aos batimentos do coração.

Ao longo desse trabalho, eles perceberam que o hidrogel de poliacrilamida guardava uma “memória” do ritmo mesmo depois de o marcapasso ser desligado.

“O ritmo com que o hidrogel desincha é muito mais lento do que o tempo que ele leva para inchar inicialmente, o que significa que o próximo movimento dos íons é influenciado pelo movimento anterior - algo que se parece com memória acontecendo”, explica Strong.

“A reorganização contínua de íons dentro do hidrogel se baseia em reorganizações anteriores no próprio hidrogel, remontando até quando ele foi produzido e tinha uma distribuição homogénea de íons.”

Como o hidrogel jogou Pong e melhorou ao longo do tempo

Para avançar um passo, a equipa criou uma interface especial e uma versão adaptada de Pong, com apenas uma raquete rebatendo a bola contra a parede oposta de uma quadra digital - como jogar ténis de mesa contra a parede.

Os pesquisadores usaram estimulação elétrica para informar ao gel a posição aleatória da bola e, em seguida, mediram o fluxo de íons para estimar a posição da raquete. Além disso, observaram por quanto tempo cada troca se mantinha - a sequência de rebatidas entre a raquete controlada pelo gel e a parede, sem erro - e constataram que essas trocas foram ficando mais longas com o tempo.

O gel levou cerca de 20 minutos para atingir o nível máximo de habilidade no Pong.

“Com o tempo, à medida que a bola se move, o gel acumula uma memória de todo o movimento. E então a raquete se desloca para acomodar aquela bola dentro do ambiente simulado”, diz Strong. “Os íons se movem de um jeito que mapeia uma memória de todo o movimento ao longo do tempo, e essa ‘memória’ resulta em melhor desempenho.”

O que essa “memória” indica (e o que não indica)

Segundo os autores, essa memória é um exemplo de capacidade emergente - algo que o material não foi especificamente projetado nem “treinado” para fazer. Ainda assim, isso não quer dizer que o hidrogel seja senciente ou que aja de forma intencional; significa apenas que o material reteve uma impressão de uma influência física, como acontece com a pele do rosto depois de ficar apoiada em um travesseiro amassado.

Mesmo assim, o achado chama atenção e abre frentes interessantes de investigação, incluindo descobrir quais mecanismos sustentam essa memória e avaliar se ela pode ser direcionada para executar outras tarefas.

“Mostramos que a memória emerge dentro dos hidrogéis, mas o próximo passo é ver se também conseguimos demonstrar especificamente que está ocorrendo aprendizado”, afirma Strong.

A pesquisa foi publicada na revista Cell Reports Physical Science.