Das nächste große Ding in der Wissenschaft ist bereits in Ihrer Tasche

Supercomputer sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen Wissenschaft. Indem sie Zahlen berechnen und Berechnungen durchführen, für deren Bewältigung wir Menschen Äonen brauchen würden, helfen sie uns, Dinge zu tun, die dies tun würden Andernfalls wäre es unmöglich, beispielsweise die Flugrouten von Hurrikanen vorherzusagen, Atomkatastrophen zu simulieren oder zu modellieren, wie sich experimentelle Medikamente auf den Menschen auswirken könnten Zellen. Aber diese Rechenleistung hat ihren Preis – im wahrsten Sinne des Wortes. Supercomputer-abhängige Forschung ist bekanntermaßen teuer. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Forschungseinrichtungen mehr als 1.000 US-Dollar für eine einzelne Stunde Supercomputernutzung zahlen, manchmal auch mehr, abhängig von der benötigten Hardware.

Aber in letzter Zeit verlassen sich immer mehr Wissenschaftler nicht mehr auf große, teure Supercomputer, sondern greifen für ihre Zahlenverarbeitungsaufgaben auf eine andere Methode zurück: verteiltes Supercomputing. Davon haben Sie wahrscheinlich schon einmal gehört. Anstatt sich bei der Ausführung einer bestimmten Aufgabe auf einen einzigen, zentralen Computer zu verlassen, ist dieser Crowdsourcing-Computing-Stil attraktiv Rechenleistung von einem verteilten Netzwerk von Freiwilligen, typischerweise durch die Ausführung spezieller Software auf Heim-PCs oder Smartphones. Einzeln sind diese freiwilligen Computer nicht besonders leistungsstark, aber wenn man genügend davon aneinanderreiht, Ihre kollektive Leistung kann die eines zentralisierten Supercomputers leicht in den Schatten stellen – und oft für einen Bruchteil davon kosten.

In den letzten Jahren erlebten solche Peer-to-Peer-Computing-Projekte eine Art Renaissance Da die Rechenleistung unserer Geräte immer besser wird, scheint es, dass das nächste große Ding in der Wissenschaft das sein könnte Smartphone in deiner Tasche.

Die Geburt und der Boom

Das Konzept des Volunteer Computing gibt es schon seit Jahrzehnten, aber erst in den späten 1990er Jahren Personalcomputer hatten Einzug in eine große Zahl US-amerikanischer Haushalte gehalten – das begann sich wirklich durchzusetzen aus.

Im Jahr 1999 starteten Forscher an der UC Berkeley und Stanford zwei Projekte, die große Medienberichterstattung und breite Akzeptanz fanden: SETI@home, was PC-Benutzer dazu ermutigte, sich anzumelden und ihre CPUs für die Analyse von Radioteleskopdaten zu nutzen, und Folding@home, das diese Rechenleistung nutzte, um komplexe Proteine ​​zu falten.

Beide Projekte waren ein großer Publikumserfolg. SETI@Home erlebte tatsächlich einen so großen anfänglichen Anstieg des Interesses, dass es die Server des Projekts überlastete verursachte häufige Abstürze. Doch nach diesem bahnbrechenden Erfolg ließ das Interesse schließlich nach, ließ nach und veranlasste die Macher des Projekts schließlich dazu es nach 20 Jahren schließen.

Folding@home erlitt jedoch nicht das gleiche Schicksal. Ungefähr zu der Zeit, als das SETI@home-Projekt zu Ende ging, bot sich Folding@home die Gelegenheit, zu glänzen: der COVID-19-Ausbruch. Kurz nach Ausbruch der Pandemie schlossen sich mehr als eine Million neue Freiwillige dem Projekt an und schufen so etwas war der schnellste Supercomputer der Welt – einer, der leistungsstärker ist als die 500 besten herkömmlichen Supercomputer kombiniert. Ihre Aufgabe war einfach, aber sie trug maßgeblich dazu bei, einige der komplexesten Krankheiten zu bekämpfen, darunter COVID 19: Proteine ​​falten.

Proteine ​​sind von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie beispielsweise ein Virus auf das menschliche Immunsystem reagiert und es kontaminiert. In ihrem ursprünglichen Zustand liegen Proteine ​​in gefalteter Form vor und entfalten sich, um beispielsweise die Abwehrkräfte unseres Körpers zu binden und zu unterdrücken. Um Therapeutika zu entwickeln, führen Wissenschaftler Simulationen durch, um die Entfaltungssequenz eines Proteins zu untersuchen – aber es ist ein sehr ressourcenintensiver und zeitaufwändiger Prozess. Hier kommt Folding@home ins Spiel. Dies senkt nicht nur die Kosten drastisch, sondern beschleunigt auch die Entwicklung um Monate und in einigen Fällen sogar um Jahre.

Sobald die Freiwilligen von Folding@home eine Software installieren, übernehmen ihre Maschinen einen Teil einer größeren Aufgabe und verarbeiten diese im Hintergrund. Die Ergebnisse werden über die Cloud an die Labore der Forschungsgruppe zurückgesendet, wo sie zusammengestellt und überprüft werden.

Die Ergebnisse waren mehrfach bahnbrechend. Im Jahr 2021 konnten Wissenschaftler herausfinden, warum die Varianten von COVID-19 verheerender waren, was vor allem dem Anstieg der Rechenleistung von Folding@home zu verdanken war. Darüber hinaus half es bei der Entwicklung eines antiviralen Medikaments gegen COVID-19, das nun in die klinische Erprobung geht. Darüber hinaus hat Folding@home auch zu einer Reihe bedeutender Durchbrüche bei anderen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson und Krebs geführt.

Ohne Crowdsourcing-Computing wäre Dr. Gregory R. Bowman, Direktor von Folding@home und außerordentlicher Professor an der Washington University School of Medicine in St. Louis, Missouri, sagt: „Diese Arbeit hätte es getan kostet in der Cloud Hunderte Millionen Dollar, was es für uns und die meisten anderen wirtschaftlich undurchführbar macht.“ Er fügte hinzu: „Die Rechenleistung ist bahnbrechend.“

Eine neue Art von Citizen Science

Spannend ist, dass Projekte wie Folding@home nicht die einzige Möglichkeit für Wissenschaftler sind, die Leistungsfähigkeit von Smartphones zu nutzen. Manchmal ist die reine Rechenleistung nicht besonders wichtig und Forscher benötigen einfach eine umfassendere Rechenleistung Informationsspektrum – Informationen, die nur Tausende von Menschen auf der ganzen Welt sammeln können liefern.

Beispielsweise startete die Europäische Weltraumorganisation im März dieses Jahres ihre Camaliot Kampagne, die darauf abzielt, Wetter-Apps durch den kreativen Einsatz des GPS-Empfängers im Inneren der Menschen zu verbessern Android Telefone. Sie sehen, wann immer Ihr Telefon Satelliten zur Navigation anpingt, antworten diese mit der Uhrzeit und ihrem Standort, und die Telefone berechnen ihren Standort basierend auf der Zeit, die die einzelnen Nachrichten bis zum Eintreffen benötigt haben. Die Zeit, die jedes Signal benötigt, kann Wissenschaftlern bessere Informationen über die Eigenschaften der Atmosphäre geben, beispielsweise über die Menge an Wasserdampf darin, was wiederum dazu beitragen kann, genauere Regenvorhersagen vorherzusagen. Das ESA-Team kann diese Aktivität jedoch nur von einer begrenzten Anzahl an Standorten aus durchführen.

Mit der Camaliot-App können Besitzer von Android-Telefonen aus der ganzen Welt zum ESA-Projekt beitragen. Es pingt wiederholt Satelliten von den Telefonen der Menschen an und sendet die gesammelten Antwortdaten zurück an die ESA-Basis.

Mit Camaliot hofft die ESA, Daten aus Gebieten wie Afrika zu sammeln, die aus ionosphärischer Sicht von großem Interesse sind und von der Agentur nicht gut abgedeckt werden Geodaten-begrenzte zentralisierte Methoden, sagte Vicente Navarro, Wissenschaftsdirektor der Europäischen Weltraumorganisation und Leiter der Camaliot-Kampagne, gegenüber Digital Trends.

Mitmachen

Aber die Frage bleibt: Warum sollte jemand den Strom seines Geräts kostenlos verleihen? Neben höheren Stromrechnungen wirkt sich dies auch auf die Leistung und den Zustand Ihrer Telefone und Computer aus. Aber trotz dieser Nachteile ist die Antwort für viele wie Jeffrey Brice, einen Sounddesigner, der seit 2007 Proteine ​​faltet, ziemlich einfach: Gutes tun.

„Ich habe mich eine Zeit lang für Kryptowährungen interessiert“, sagte Brice, „aber die Verwendung der gleichen Hardware für Folding@home schien eine bessere, ethischere und philanthropischere Nutzung der Ausrüstung zu sein.“

Für andere ist es eine passive Einkommensquelle. Um die Teilnahme zu fördern, haben einige führende Folding@home-Gruppen spendengeführte Krypto-Communitys gegründet, die je nach Spende jede Woche Währungen wie Dogecoin verteilen. Camaliot belohnt seine Top-Mitwirkenden ebenfalls mit Gutscheinen.

Da Computerchips in fast alles Einzug halten, hat Josh Smith, der Gründer von CureCoin, a Kryptowährung zur Belohnung von Folding@home-Freiwilligen verspricht eine noch bessere Zukunft für die Crowdsourcing-Wissenschaft Projekte. „Wenn wir unsere hohen Kapazitätsziele erreichen, werden die Auswirkungen auf die Zukunft unseres Planeten nie vergessen werden“, sagte er.

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