Το επόμενο μεγάλο πράγμα στην επιστήμη είναι ήδη στην τσέπη σας

Οι υπερυπολογιστές αποτελούν ουσιαστικό μέρος της σύγχρονης επιστήμης. Μαζεύοντας αριθμούς και εκτελώντας υπολογισμούς που θα χρειάζονταν αιώνες για να ολοκληρώσουμε μόνοι μας τους ανθρώπους, μας βοηθούν να κάνουμε πράγματα που θα διαφορετικά θα ήταν αδύνατο, όπως η πρόβλεψη μονοπατιών πτήσης τυφώνα, η προσομοίωση πυρηνικών καταστροφών ή η μοντελοποίηση του τρόπου με τον οποίο τα πειραματικά φάρμακα θα μπορούσαν να επηρεάσουν τον άνθρωπο κύτταρα. Αλλά αυτή η υπολογιστική ισχύς έχει ένα τίμημα - κυριολεκτικά. Η έρευνα που εξαρτάται από υπερυπολογιστές είναι εμφανώς δαπανηρή. Δεν είναι ασυνήθιστο τα ερευνητικά ιδρύματα να πληρώνουν πάνω από 1.000 $ για μία ώρα χρήσης υπερυπολογιστή, και μερικές φορές περισσότερα, ανάλογα με το υλικό που απαιτείται.

Αλλά τελευταία, αντί να βασίζονται σε μεγάλους, ακριβούς υπερυπολογιστές, όλο και περισσότεροι επιστήμονες στρέφονται σε μια διαφορετική μέθοδο για τις τεράστιες ανάγκες τους: τους κατανεμημένους υπερυπολογιστές. Πιθανώς να το έχετε ξανακούσει αυτό. Αντί να βασίζεστε σε έναν ενιαίο, κεντρικό υπολογιστή για να εκτελέσετε μια δεδομένη εργασία, αυτό το στυλ υπολογιστών με πληθώρα σχεδίων σχεδιάζει υπολογιστική ισχύς από ένα κατανεμημένο δίκτυο εθελοντών, συνήθως με την εκτέλεση ειδικού λογισμικού σε οικιακούς υπολογιστές ή smartphones. Μεμονωμένα, αυτοί οι εθελοντικοί υπολογιστές δεν είναι ιδιαίτερα ισχυροί, αλλά αν συνδυάσετε αρκετά από αυτούς, Η συλλογική τους ισχύς μπορεί εύκολα να επισκιάσει αυτή οποιουδήποτε κεντρικού υπερυπολογιστή — και συχνά για ένα κλάσμα του κόστος.

Τα τελευταία χρόνια αυτού του είδους τα έργα υπολογιστών peer-to-peer έχουν γνωρίσει κάτι σαν αναγέννηση, και καθώς η επεξεργαστική ισχύς των συσκευών μας συνεχίζει να βελτιώνεται, φαίνεται ότι το επόμενο μεγάλο πράγμα στην επιστήμη θα μπορούσε να είναι το smartphone στην τσέπη σας.

Η γέννηση και η άνθηση

Η έννοια του εθελοντικού υπολογισμού υπήρχε εδώ και δεκαετίες, αλλά δεν ήταν μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990 - όταν οι προσωπικοί υπολογιστές είχαν μπει σε μεγάλο αριθμό νοικοκυριών στις Η.Π.Α. – κάτι που πραγματικά άρχισε να το κάνει μακριά από.

Το 1999, ερευνητές στο UC Berkeley και στο Stanford ξεκίνησαν δύο έργα που κέρδισαν σημαντική κάλυψη από τα μέσα ενημέρωσης και ευρεία υιοθέτηση: SETI@home, το οποίο ενθάρρυνε τους χρήστες Η/Υ να εγγραφούν και να στρατολογήσουν τις CPU τους για την ανάλυση δεδομένων ραδιοτηλεσκοπίου και Folding@home, που χρησιμοποίησε αυτή την υπολογιστική ισχύ για να διπλώσει σύνθετες πρωτεΐνες.

Και τα δύο έργα γνώρισαν τεράστια επιτυχία από το κοινό. Το SETI@Home γνώρισε πραγματικά μια τόσο τεράστια έκρηξη αρχικού ενδιαφέροντος που κατέκλυσε τους διακομιστές του έργου και προκάλεσε συχνές συγκρούσεις. Αλλά μετά από αυτή την επιτυχία, το ενδιαφέρον τελικά ισοπεδώθηκε, μειώθηκε και τελικά οδήγησε τους δημιουργούς του έργου στο το έκλεισε μετά από 20 χρόνια.

Ωστόσο, το Folding@home δεν είχε την ίδια μοίρα. Την ώρα που το έργο SETI@home τελείωνε, εμφανίστηκε η ευκαιρία του Folding@home να λάμψει: το ξέσπασμα του COVID-19. Λίγο μετά το χτύπημα της πανδημίας, περισσότεροι από ένα εκατομμύριο νέοι εθελοντές εντάχθηκαν στο έργο, δημιουργώντας ουσιαστικά αυτό που ισοδυναμούσε με τον ταχύτερο υπερυπολογιστή στον κόσμο — έναν πιο ισχυρό από τους κορυφαίους 500 παραδοσιακούς υπερυπολογιστές σε συνδυασμό. Η δουλειά τους ήταν απλή αλλά και καθοριστική για την εξάλειψη ορισμένων από τις πιο περίπλοκες ασθένειες, μεταξύ των οποίων COVID 19: διπλώστε τις πρωτεΐνες.

Οι πρωτεΐνες είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του πώς, για παράδειγμα, ένας ιός αντιδρά και μολύνει το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα. Στη φυσική τους κατάσταση, οι πρωτεΐνες είναι σε διπλωμένο σχήμα και ξεδιπλώνονται για να δεσμεύουν και να καταστέλλουν, για παράδειγμα, την άμυνα του σώματός μας. Για να σχεδιάσουν θεραπευτικά μέσα, οι επιστήμονες εκτελούν προσομοιώσεις για να εξετάσουν την αλληλουχία που ξεδιπλώνεται μια πρωτεΐνη — αλλά είναι μια διαδικασία βαριά και χρονοβόρα διαδικασία. Εκεί μπαίνει το Folding@home. Όχι μόνο μειώνει δραματικά το κόστος αλλά και επιταχύνει την ανάπτυξη κατά μήνες ή και χρόνια σε λίγες περιπτώσεις.

Μόλις οι εθελοντές του Folding@home εγκαταστήσουν ένα κομμάτι λογισμικού, οι μηχανές τους αναλαμβάνουν ένα μέρος μιας μεγαλύτερης εργασίας και τις επεξεργάζονται στο παρασκήνιο. Τα αποτελέσματα αποστέλλονται πίσω στα εργαστήρια της ερευνητικής ομάδας μέσω του cloud, όπου συγκεντρώνονται και εξετάζονται.

Τα αποτελέσματα σε αρκετές περιπτώσεις ήταν πρωτοποριακά. Το 2021, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανακαλύψουν γιατί οι παραλλαγές του COVID-19 ήταν πιο καταστροφικές, κυρίως χάρη στην αύξηση της υπολογιστικής ισχύος του Folding@home. Επιπλέον, βοήθησε στην ανάπτυξη ενός αντιικού φαρμάκου COVID-19, το οποίο τώρα κινείται προς κλινικές δοκιμές. Πέρα από αυτό, το Folding@home έχει επίσης διευκολύνει μια σειρά από σημαντικές ανακαλύψεις για άλλες ασθένειες, όπως το Αλτσχάιμερ, το Πάρκινσον και τον καρκίνο.

Χωρίς crowdsourced computing, ο Dr. Gregory R. Ο Bowman, διευθυντής του Folding@home και αναπληρωτής καθηγητής στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, στο Σεντ Λούις, στο Μιζούρι, λέει: «Αυτή η εργασία θα είχε κόστισε εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια στο cloud, καθιστώντας το οικονομικά ανέφικτο για εμάς ή για τους περισσότερους άλλους». Πρόσθεσε, «Η υπολογιστική ισχύς είναι που αλλάζει το παιχνίδι».

Ένα νέο είδος επιστήμης των πολιτών

Το συναρπαστικό είναι ότι έργα όπως το Folding@home δεν είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες αξιοποιούν τη δύναμη των smartphone. Μερικές φορές η ακατέργαστη υπολογιστική ισχύς δεν είναι ιδιαίτερα σημαντική και οι ερευνητές χρειάζονται απλώς μια ευρύτερη φάσμα πληροφοριών — πληροφορίες που μπορούν να συλλέξουν μόνο χιλιάδες άνθρωποι σε όλο τον κόσμο και παραδίδω.

Για παράδειγμα, τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος εκτόξευσε το Camaliot καμπάνια, η οποία επιδιώκει να βελτιώσει τις εφαρμογές για τον καιρό αξιοποιώντας δημιουργικά τον δέκτη GPS στο εσωτερικό του κοινού Android τηλέφωνα. Βλέπετε, κάθε φορά που το τηλέφωνό σας κάνει ping σε δορυφόρους για πλοήγηση, αυτοί ανταποκρίνονται με την ώρα και την τοποθεσία τους και τα τηλέφωνα υπολογίζουν πού βρίσκονται με βάση το χρόνο που χρειάστηκε για να φτάσει κάθε μήνυμα. Ο χρόνος που χρειάζεται κάθε σήμα μπορεί να ενημερώσει καλύτερα τους επιστήμονες για τις ιδιότητες της ατμόσφαιρας, όπως την ποσότητα υδρατμών σε αυτήν, κάτι που με τη σειρά του μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη ακριβέστερων προβλέψεων βροχής. Όμως, η ομάδα της ESA μπορεί να εκτελέσει αυτήν τη δραστηριότητα μόνο από τόσες πολλές τοποθεσίες.

Η εφαρμογή Camaliot επιτρέπει σε κατόχους τηλεφώνων Android από όλο τον κόσμο να συνεισφέρουν στο έργο της ESA. Πραγματοποιεί επανειλημμένα ping σε δορυφόρους από τα τηλέφωνα των ανθρώπων και στέλνει τα δεδομένα απόκρισης που συλλέγει πίσω στη βάση της ESA.

Με το Camaliot, η ESA ελπίζει να συγκεντρώσει δεδομένα από περιοχές όπως η Αφρική, υψηλού ενδιαφέροντος από την άποψη της ιονόσφαιρας και οι οποίες δεν καλύπτονται επαρκώς από τον οργανισμό Ο Vicente Navarro, η Διεύθυνση Επιστήμης στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος και επικεφαλής της εκστρατείας Camaliot, δήλωσε στην Digital Τάσεις.

Τσιπ μέσα

Αλλά το ερώτημα παραμένει: Γιατί κάποιος θα δανείσει δωρεάν την ισχύ της συσκευής του; Εκτός από τους αυξημένους λογαριασμούς ρεύματος, αυτό επηρεάζει επίσης την απόδοση και την υγεία των τηλεφώνων και των υπολογιστών σας. Αλλά ακόμα και με αυτά τα μειονεκτήματα, για πολλούς όπως ο Jeffrey Brice, ένας σχεδιαστής ήχου που διπλώνει τις πρωτεΐνες από το 2007, η απάντηση είναι μάλλον απλή: να κάνεις καλό.

«Ενδιαφερόμουν για τα κρυπτονομίσματα για λίγο», είπε ο Brice, «αλλά η χρήση του ίδιου υλικού για το Folding@home φαινόταν σαν μια καλύτερη, πιο ηθική και πιο φιλανθρωπική χρήση του εξοπλισμού».

Για άλλους, είναι μια πηγή παθητικού εισοδήματος. Για να ενθαρρύνουν τη συμμετοχή, ορισμένες κορυφαίες ομάδες Folding@home έχουν δημιουργήσει κοινότητες κρυπτογράφησης υπό δωρεές, οι οποίες διανέμουν νομίσματα όπως το Dogecoin κάθε εβδομάδα ανάλογα με τις συνεισφορές. Ο Camaliot, ομοίως, ανταμείβει τους κορυφαίους συντελεστές του με κουπόνια.

Με τα τσιπ υπολογιστών να μπαίνουν σχεδόν σε όλα, ο Josh Smith, ο ιδρυτής του CureCoin, α κρυπτονόμισμα για την επιβράβευση των εθελοντών του Folding@home, προσδοκά ένα ακόμη πιο λαμπρό μέλλον για την επιστήμη που βασίζεται στο crowdsource έργα. «Αν επιτύχουμε τους στόχους υψηλών δυνατοτήτων μας, το φαινόμενο κυματισμού για το μέλλον του πλανήτη μας θα είναι κάτι που δεν θα ξεχαστεί ποτέ», είπε.

Συστάσεις των συντακτών

• Η επόμενη οθόνη Mac σας θα μπορούσε να έχει αυτό το ιδιοφυές νέο χαρακτηριστικό
• Η Intel πιστεύει ότι η επόμενη CPU σας χρειάζεται έναν επεξεργαστή AI — να γιατί
• Νέα έκθεση δείχνει ότι τα δύο μυστικά έργα της Apple είναι το «επόμενο μεγάλο πράγμα» της
• Δείτε τι αναλύει μια τάση A.I. πιστεύει ότι θα είναι το επόμενο μεγάλο πράγμα στην τεχνολογία
• Ο ήχος της επιστήμης: Γιατί ο ήχος είναι το επόμενο σύνορο στην εξερεύνηση του Άρη