Den næste store ting inden for videnskab er allerede i din lomme

Supercomputere er en væsentlig del af moderne videnskab. Ved at knuse tal og udføre beregninger, der ville tage evigheder for os mennesker at fuldføre selv, hjælper de os med at gøre ting, der ville ellers være umuligt, som at forudsige orkanflyveveje, simulere atomkatastrofer eller modellere, hvordan eksperimentelle lægemidler kan påvirke mennesker celler. Men den computerkraft har en pris - bogstaveligt talt. Supercomputer-afhængig forskning er notorisk dyr. Det er ikke ualmindeligt, at forskningsinstitutioner betaler op til $1.000 for en enkelt times supercomputerbrug, og nogle gange mere, afhængigt af den hardware, der kræves.

Men på det seneste, i stedet for at stole på store, dyre supercomputere, har flere og flere videnskabsmænd vendt sig til en anden metode til deres tal-knasende behov: distribueret supercomputing. Du har sikkert hørt om dette før. I stedet for at stole på en enkelt centraliseret computer til at udføre en given opgave, trækker denne crowdsourcede computerstil regnekraft fra et distribueret netværk af frivillige, typisk ved at køre speciel software på hjemme-pc'er eller smartphones. Hver for sig er disse frivillige computere ikke særlig kraftfulde, men hvis du sætter nok af dem sammen, deres kollektive magt kan let formørke den for enhver centraliseret supercomputer - og ofte for en brøkdel af koste.

I de sidste par år har den slags peer-to-peer computing-projekter oplevet noget af en renæssance, og efterhånden som vores enheders processorkraft bliver ved med at blive bedre, ser det ud til, at den næste store ting i videnskaben kunne være smartphone i lommen.

Fødslen og boomet

Konceptet med frivillig computing har eksisteret i årtier, men det var først i slutningen af ​​1990'erne - da personlige computere havde fundet vej til et stort antal amerikanske husstande - det begyndte det virkelig at tage af.

I 1999 lancerede forskere ved UC Berkeley og Stanford to projekter, der fik betydelig mediedækning og udbredt adoption: SETI@home, som opfordrede pc-brugere til at tilmelde sig og få deres CPU'er til at analysere radioteleskopdata, og Folding@home, som brugte den computerkraft til at folde komplekse proteiner.

Begge projekter var massive hits hos offentligheden. SETI@Home oplevede faktisk et så stort udbrud af første interesse, at det overvældede projektets servere og forårsagede hyppige nedbrud. Men efter denne breakout-succes fladede interessen til sidst, aftog og førte til sidst projektets skabere til lukke den ned efter 20 år.

Folding@home led dog ikke samme skæbne. Omkring det tidspunkt, hvor SETI@home-projektet var ved at afvikle, dukkede Folding@homes mulighed for at skinne op: COVID-19 udbruddet. Kort efter pandemien ramte, sluttede mere end en million nye frivillige sig til projektet, hvilket effektivt skabte hvad udgjorde verdens hurtigste supercomputer - en stærkere end top 500 traditionelle supercomputere kombineret. Deres arbejde var enkelt, men dog medvirkende til at knække nogle af de mest komplekse sygdomme, herunder COVID-19: fold proteiner.

Proteiner er afgørende for at forstå, hvordan for eksempel en virus reagerer på og forurener det menneskelige immunsystem. I deres oprindelige tilstand er proteiner i en foldet form, og de udfolder sig for for eksempel at binde og undertrykke vores krops forsvar. For at designe terapeutiske midler kører videnskabsmænd simuleringer for at se på et proteins udfoldelsessekvens - men det er en meget ressourcetung og tidskrævende proces. Det er her, Folding@home træder ind. Det reducerer ikke kun omkostningerne dramatisk, men accelererer også udviklingen med måneder og endda år i nogle få tilfælde.

Når Folding@home-frivillige installerer et stykke software, påtager deres maskiner en del af en større opgave og behandler dem i baggrunden. Resultaterne sendes tilbage til forskergruppens laboratorier via skyen, hvor de samles og gennemgås.

Resultaterne har ved flere lejligheder været banebrydende. I 2021 var forskere i stand til at opdage, hvorfor COVID-19s varianter var mere ødelæggende, hovedsagelig takket være Folding@homes stigning i computerkraft. Derudover hjalp det udviklingen af ​​et COVID-19 antiviralt lægemiddel, som nu bevæger sig mod kliniske forsøg. Ud over det har Folding@home også faciliteret en række væsentlige gennembrud for andre sygdomme, såsom Alzheimers, Parkinsons og kræft.

Uden crowdsourced computing kunne Dr. Gregory R. Bowman, Folding@homes direktør og lektor ved Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri, siger: "Dette arbejde ville have koste hundredvis af millioner af dollars i skyen, hvilket gør det økonomisk umuligt for os eller de fleste andre." Han tilføjede: "Computerkraften er spilskiftende."

En ny form for borgervidenskab

Spændende nok er projekter som Folding@home ikke den eneste måde, videnskabsmænd udnytter smartphones på. Nogle gange er rå computerkraft ikke særlig vigtig, og forskere har simpelthen brug for en bredere spektrum af information — information, som kun tusindvis af mennesker spredt over hele kloden kan indsamle og aflevere.

For eksempel lancerede Den Europæiske Rumorganisation i marts i år sin Camaliot kampagne, som søger at forbedre vejr-apps ved kreativt at udnytte GPS-modtageren i folks Android telefoner. Du kan se, når din telefon pinger satellitter til navigation, svarer de med tiden og deres placering, og telefoner beregner, hvor de er baseret på, hvor lang tid det tog for hver besked at ankomme. Den tid, hvert signal tager, kan bedre informere videnskabsmænd om atmosfærens egenskaber, såsom mængden af ​​vanddamp i den, hvilket igen kan hjælpe med at forudsige mere nøjagtige regnudsigter. Men ESA-teamet kan kun udføre denne aktivitet fra så mange steder.

Camaliot-appen giver Android-telefonejere fra hele verden mulighed for at bidrage til ESAs projekt. Den pinger gentagne gange satellitter fra folks telefoner og sender de svardata, den indsamler, tilbage til ESA-basen.

Med Camaliot håber ESA at indsamle data fra områder som Afrika, af stor interesse fra et ionosfærisk synspunkt, og som ikke er godt dækket af agenturets geospatial-begrænsede centraliserede metoder, Vicente Navarro, Direktoratet for Videnskab ved European Space Agency og leder på Camaliot-kampagnen, fortalte Digital Trends.

Chipper ind

Men spørgsmålet er stadig: Hvorfor ville nogen låne deres enheds strøm gratis? Ud over forhøjede elregninger påvirker dette også ydeevnen og sundheden på dine telefoner og computere. Men selv med disse ulemper, for mange som Jeffrey Brice, en lyddesigner, der har foldet proteiner siden 2007, er svaret ret enkelt: at gøre godt.

"Jeg var interesseret i kryptovaluta i et stykke tid," sagde Brice, "men at bruge den samme hardware til Folding@home virkede som en bedre, mere etisk og mere filantropisk brug af udstyret."

For andre er det en kilde til passiv indkomst. For at opmuntre til deltagelse har nogle førende Folding@home-grupper oprettet donationsledede kryptofællesskaber, som distribuerer valutaer som Dogecoin hver uge afhængigt af bidrag. Camaliot belønner på samme måde sine bedste bidragydere med kuponer.

Med computerchips på vej ind i næsten alting, Josh Smith, grundlæggeren af ​​CureCoin, en cryptocurrency til belønning af Folding@home-frivillige, forudser en endnu lysere fremtid for crowdsourced videnskab projekter. "Hvis vi når vores høje kapacitetsmål, vil ringvirkningen for vores planets fremtid være noget, der aldrig bliver glemt," sagde han.

Redaktørens anbefalinger

• Din næste Mac-skærm kunne have denne geniale nye funktion
• Intel mener, at din næste CPU har brug for en AI-processor - her er hvorfor
• Ny rapport indikerer, at Apples to hemmelige projekter er dens 'næste store ting'
• Her er hvad en trendanalyserende A.I. tror, ​​vil være den næste store ting inden for tech
• Lyden af ​​videnskab: Hvorfor lyd er den næste grænse i Mars-udforskningen