Další velká věc ve vědě už máte v kapse

Superpočítače jsou nezbytnou součástí moderní vědy. Tím, že zpracovávají čísla a provádějí výpočty, které by nám lidem zabraly eony, než je dokončíme sami, pomáhají nám dělat věci, které by jinak by to nebylo možné, jako je předpovídání letových drah hurikánů, simulace jaderných katastrof nebo modelování toho, jak by experimentální drogy mohly ovlivnit člověka. buňky. Ale tento výpočetní výkon má svou cenu – doslova. Výzkum závislý na superpočítačích je notoricky drahý. Není neobvyklé, že výzkumné instituce zaplatí až 1 000 USD za jednu hodinu používání superpočítače a někdy i více, v závislosti na požadovaném hardwaru.

Ale v poslední době, místo aby se spoléhali na velké a drahé superpočítače, stále více vědců se obrací k jiné metodě pro své potřeby, které šetří počet: distribuované superpočítače. O tom jste již pravděpodobně slyšeli. Namísto spoléhání se na jediný centralizovaný počítač při provádění daného úkolu, tento crowdsourcovaný styl výpočetní techniky přitahuje výpočetní výkon z distribuované sítě dobrovolníků, typicky spuštěním speciálního softwaru na domácích PC popř chytré telefony. Samostatně nejsou tyto dobrovolné počítače nijak zvlášť výkonné, ale pokud jich spojíte dostatek, jejich kolektivní síla může snadno zastínit výkon jakéhokoli centralizovaného superpočítače – a často za zlomek náklady.

V posledních několika letech zažily tyto druhy projektů peer-to-peer výpočetní techniky něco jako renesanci a jak se výpočetní výkon našich zařízení neustále zlepšuje, zdá se, že další velká věc ve vědě by mohla být chytrý telefon ve vaší kapse.

Zrození a boom

Koncept dobrovolných počítačů existuje již desítky let, ale nebylo to až do konce devadesátých let, kdy osobní počítače se dostaly do velkého počtu domácností v USA – to se opravdu začalo ubírat vypnuto.

V roce 1999 zahájili výzkumníci z UC Berkeley a Stanford dva projekty, které získaly značné mediální pokrytí a široké přijetí: SETI@home, která vyzvala uživatele PC, aby se zaregistrovali a získali své CPU k analýze dat radioteleskopu, a Folding@home, který použil tento výpočetní výkon ke skládání složitých proteinů.

Oba projekty měly u veřejnosti obrovský úspěch. SETI@Home skutečně zažil tak obrovský výbuch počátečního zájmu, že zaplavil servery projektu a způsoboval časté havárie. Ale po tomto průlomovém úspěchu se zájem nakonec vyrovnal, opadl a nakonec přivedl tvůrce projektu k po 20 letech vypnout.

Folding@home však nepostihl stejný osud. Zhruba v době, kdy projekt SETI@home končil, se objevila příležitost Folding@home zazářit: vypuknutí COVID-19. Krátce po vypuknutí pandemie se do projektu zapojilo více než milion nových dobrovolníků, kteří efektivně vytvořili co se stal nejrychlejším superpočítačem na světě – o jeden výkonnější než top 500 tradičních superpočítačů kombinovaný. Jejich práce byla jednoduchá, ale zásadní při překonávání některých nejsložitějších nemocí, včetně COVID 19: skládat proteiny.

Proteiny jsou zásadní pro pochopení toho, jak například virus reaguje na lidský imunitní systém a jak jej kontaminuje. Ve svém přirozeném stavu jsou proteiny ve složeném tvaru a rozvinou se, aby například vázaly a potlačovaly obranyschopnost našeho těla. Aby vědci navrhli terapeutika, provádějí simulace, aby se podívali na sekvenci rozvíjejícího se proteinu – ale je to proces velmi náročný na zdroje a časově náročný. Zde vstupuje Folding@home. Nejenže dramaticky snižuje náklady, ale také urychluje vývoj o měsíce a v několika případech dokonce roky.

Jakmile dobrovolníci Folding@home nainstalují software, jejich stroje převezmou část většího úkolu a zpracují je na pozadí. Výsledky jsou odeslány zpět do laboratoří výzkumné skupiny prostřednictvím cloudu, kde jsou shromážděny a zkontrolovány.

Výsledky byly při několika příležitostech průlomové. V roce 2021 byli vědci schopni zjistit, proč byly varianty COVID-19 ničivější, a to především díky nárůstu výpočetního výkonu Folding@home. Kromě toho pomohl vývoji antivirového léku COVID-19, který se nyní posouvá ke klinickým studiím. Kromě toho Folding@home také umožnil řadu významných průlomů pro další nemoci, jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a rakovina.

Bez crowdsourcingu by Dr. Gregory R. Bowman, ředitel Folding@home a docent na Lékařské fakultě Washingtonské univerzity v St. Louis, Missouri, říká: „Tato práce by měla stojí stovky milionů dolarů na cloudu, takže je pro nás i pro většinu ostatních ekonomicky neproveditelný.“ Dodal: „Výpočetní výkon je změna hry."

Nový druh občanské vědy

Je vzrušující, že projekty jako Folding@home nejsou jediným způsobem, jak vědci využívají sílu chytrých telefonů. Někdy není hrubý výpočetní výkon nijak zvlášť důležitý a výzkumníci prostě potřebují širší spektrum informací – informace mohou shromažďovat pouze tisíce lidí po celém světě dodat.

Například letos v březnu zahájila svou činnost Evropská kosmická agentura Camaliot kampaň, která se snaží vylepšit aplikace počasí kreativním využitím přijímače GPS uvnitř lidí Android telefony. Vidíte, že kdykoli váš telefon pingne na satelity pro navigaci, reagují s časem a svou polohou a telefony vypočítají, kde se nacházejí na základě toho, jak dlouho trvalo, než každá zpráva dorazila. Čas, který každý signál zabere, může vědce lépe informovat o vlastnostech atmosféry, jako je množství vodní páry v ní, což může pomoci předpovídat přesnější předpovědi dešťů. Tým ESA však může tuto činnost provádět pouze z tolika míst.

Aplikace Camaliot umožňuje majitelům telefonů Android z celého světa přispívat do projektu ESA. Opakovaně pinguje satelity z telefonů lidí a odešle data odezvy, která shromažďuje, zpět na základnu ESA.

ESA doufá, že s Camaliotem shromáždí data z oblastí jako Afrika, o které je velký zájem z ionosférického hlediska a které nejsou dostatečně pokryty agenturou. Geoprostorově omezené centralizované metody, Vicente Navarro, ředitelství vědy Evropské kosmické agentury a vedoucí kampaně Camaliot, řekl Digital Trendy.

Chip in

Otázkou však zůstává: Proč by někdo půjčoval výkon svého zařízení zdarma? Kromě zvýšených účtů za elektřinu to také ovlivňuje výkon a zdraví vašich telefonů a počítačů. Ale i přes tyto nevýhody, pro mnohé, jako je Jeffrey Brice, zvukový designér, který skládá proteiny od roku 2007, je odpověď poměrně jednoduchá: dělat dobro.

"Chvíli jsem se zajímal o kryptoměny," řekl Brice, "ale použití stejného hardwaru pro Folding@home mi připadalo jako lepší, etičtější a filantropičtější využití zařízení."

Pro ostatní je to zdroj pasivního příjmu. Aby podpořily účast, některé přední skupiny Folding@home vytvořily krypto komunity vedené dary, které distribuují měny jako dogecoin každý týden v závislosti na příspěvcích. Camaliot podobně odměňuje své nejlepší přispěvatele poukázkami.

Vzhledem k tomu, že počítačové čipy si pronikají cestu téměř do všeho, Josh Smith, zakladatel CureCoin, a.s kryptoměna pro odměňování dobrovolníků Folding@home, předvídá ještě lepší budoucnost pro crowdsourcingovou vědu projekty. „Pokud dosáhneme našich vysokých kapacitních cílů, dominový efekt pro budoucnost naší planety bude něčím, na co se nikdy nezapomene,“ řekl.

Doporučení redakce

• Váš další monitor Mac by mohl mít tuto geniální novou funkci
• Intel si myslí, že váš další procesor potřebuje procesor AI – zde je důvod
• Nová zpráva naznačuje, že dva tajné projekty Applu jsou jeho „další velká věc“
• Zde je to, co A.I. si myslí, že to bude další velká věc v technice
• Zvuk vědy: Proč je zvuk další hranicí v průzkumu Marsu