Следващото голямо нещо в науката вече е в джоба ви

Суперкомпютрите са съществена част от съвременната наука. Чрез обработка на числа и извършване на изчисления, които биха отнели векове на нас, хората, за да завършим сами, те ни помагат да правим неща, които биха иначе е невъзможно, като например предсказване на траектории на полети на урагани, симулиране на ядрени бедствия или моделиране на това как експерименталните лекарства могат да повлияят на хората клетки. Но тази изчислителна мощност си има цена - буквално. Зависещите от суперкомпютри изследвания са изключително скъпи. Не е необичайно изследователските институции да плащат над 1000 долара за един час използване на суперкомпютър, а понякога и повече, в зависимост от необходимия хардуер.

Но напоследък, вместо да разчитат на големи, скъпи суперкомпютри, все повече и повече учени се обръщат към различен метод за своите нужди от изчерпване на числата: разпределен суперкомпютър. Вероятно сте чували за това преди. Вместо да разчита на единичен, централизиран компютър за изпълнение на дадена задача, този стил на изчисление, привлечен от тълпи, привлича изчислителна мощност от разпределена мрежа от доброволци, обикновено чрез стартиране на специален софтуер на домашни компютри или смартфони. Поотделно, тези доброволни компютри не са особено мощни, но ако съберете достатъчно от тях заедно, тяхната колективна мощност може лесно да засенчи тази на всеки централизиран суперкомпютър - и често за част от цена.

През последните няколко години този вид проекти за компютри peer-to-peer преживяха нещо като ренесанс и тъй като процесорната мощност на нашите устройства продължава да се подобрява, изглежда, че следващото голямо нещо в науката може да бъде смартфон в джоба си.

Раждането и бумът

Концепцията за доброволчески компютри съществува от десетилетия, но едва в края на 90-те години – когато персоналните компютри си проправяха път в голям брой домакинства в САЩ - което наистина започна да заема изключено.

През 1999 г. изследователи от UC Berkeley и Stanford стартираха два проекта, които получиха значително медийно отразяване и широко приемане: SETI@home, който насърчи потребителите на персонални компютри да се регистрират и да привличат своите процесори за анализиране на данни от радиотелескопи и Folding@home, който използва тази изчислителна мощност за сгъване на сложни протеини.

И двата проекта бяха огромни хитове сред обществеността. SETI@Home всъщност преживя такъв огромен изблик на първоначален интерес, че претовари сървърите на проекта и причиняваше чести сривове. Но след този пробив, интересът в крайна сметка се изравни, намаля и в крайна сметка доведе създателите на проекта до го затвори след 20 години.

Folding@home обаче не претърпя същата съдба. Горе-долу по времето, когато проектът SETI@home приключи, се появи възможността на Folding@home да блесне: избухването на COVID-19. Малко след удара на пандемията, повече от един милион нови доброволци се присъединиха към проекта, създавайки ефективно това, което възлиза на най-бързия суперкомпютър в света - един по-мощен от първите 500 традиционни суперкомпютри комбинирани. Тяхната работа беше проста, но същевременно инструментална за разбиването на някои от най-сложните заболявания, включително COVID 19: сгънете белтъците.

Протеините са от решаващо значение за разбирането как, например, вирусът реагира и заразява човешката имунна система. В естественото си състояние протеините са в сгъната форма и се разгъват, например, за да свържат и потиснат защитните сили на тялото ни. За да проектират терапевтични средства, учените провеждат симулации, за да разгледат последователността на разгръщане на протеина - но това е много ресурсоемък и отнемащ време процес. Това е мястото, където се намесва Folding@home. Той не само драматично намалява разходите, но също така ускорява развитието с месеци и дори години в няколко случая.

След като доброволците от Folding@home инсталират част от софтуера, техните машини поемат част от по-голяма задача и ги обработват във фонов режим. Резултатите се изпращат обратно в лабораториите на изследователската група чрез облака, където се събират и преглеждат.

Резултатите в няколко случая бяха новаторски. През 2021 г. учените успяха да открият защо вариантите на COVID-19 са по-опустошителни, до голяма степен благодарение на нарастването на изчислителната мощ на Folding@home. В допълнение, той помогна за разработването на антивирусно лекарство срещу COVID-19, което сега се движи към клинични изпитвания. Освен това, Folding@home също така улесни редица значителни пробиви за други заболявания, като Алцхаймер, Паркинсон и рак.

Без изчисления с краудсорсинг, д-р Грегъри Р. Боуман, директор на Folding@home и доцент във Вашингтонския университет по медицина, Сейнт Луис, Мисури, казва: „Тази работа би имала струва стотици милиони долари за облака, което го прави икономически неосъществимо за нас или за повечето други." Той добави: „Изчислителната мощност е променящ играта.”

Нов вид гражданска наука

Вълнуващо е, че проекти като Folding@home не са единственият начин, по който учените използват силата на смартфоните. Понякога суровата изчислителна мощност не е особено важна и изследователите просто се нуждаят от по-широка спектър от информация — информация, която само хиляди хора по целия свят могат да съберат и доставям.

Например през март тази година Европейската космическа агенция изстреля своя Камалиот кампания, която се стреми да подобри приложенията за времето чрез творческо използване на GPS приемника в хората Android телефони. Виждате ли, когато телефонът ви пингва сателити за навигация, те отговарят с часа и местоположението си и телефоните изчисляват къде се намират въз основа на колко време е отнело всяко съобщение, за да пристигне. Времето, което отнема всеки сигнал, може по-добре да информира учените за свойствата на атмосферата, като количеството водна пара в нея, което от своя страна може да помогне за прогнозиране на по-точни прогнози за дъжд. Но екипът на ESA може да извърши тази дейност само от толкова много места.

Приложението Camaliot позволява на собственици на телефони с Android от цял ​​свят да допринесат за проекта на ESA. Той многократно пингва сателити от телефоните на хората и изпраща данните за отговор, които събира, обратно в базата на ESA.

С Camaliot ESA се надява да събере данни от области като Африка, представляващи голям интерес от гледна точка на йоносферата и които не са добре обхванати от агенцията централизирани методи, ограничени в геопространството, каза Висенте Наваро, Дирекция по наука в Европейската космическа агенция и ръководител на кампанията Camaliot, пред Digital Тенденции.

Чипване

Но остава въпросът: защо някой би дал назаем мощността на устройството си безплатно? В допълнение към повишените сметки за електричество, това също се отразява на производителността и здравето на вашите телефони и компютри. Но дори и с тези недостатъци, за мнозина като Джефри Брайс, звуков дизайнер, който сгъва протеини от 2007 г., отговорът е доста прост: да правиш добро.

„За известно време се интересувах от криптовалута“, каза Брайс, „но използването на същия хардуер за Folding@home изглеждаше като по-добро, по-етично и по-филантропско използване на оборудването.“

За други това е източник на пасивен доход. За да насърчат участието, някои водещи групи Folding@home създадоха водени от дарения крипто общности, които разпространяват валути като Dogecoin всяка седмица в зависимост от даренията. По подобен начин Camaliot награждава своите най-добри сътрудници с ваучери.

С компютърните чипове, които си проправят път в почти всичко, Джош Смит, основателят на CureCoin, криптовалута за възнаграждаване на доброволци Folding@home, предвижда още по-светло бъдеще за краудсорсинг науката проекти. „Ако постигнем високите си цели за капацитет, ефектът на вълните за бъдещето на нашата планета ще бъде нещо, което никога не се забравя“, каза той.

Препоръки на редакторите

• Вашият следващ Mac монитор може да има тази гениална нова функция
• Intel смята, че вашият следващ CPU се нуждае от AI процесор - ето защо
• Нов доклад показва, че двата тайни проекта на Apple са „следващото голямо нещо“
• Ето какво анализира тенденцията A.I. смята, че ще бъде следващото голямо нещо в технологиите
• Звукът на науката: Защо аудиото е следващата граница в изследването на Марс