Het volgende grote ding in de wetenschap zit al in je zak

Supercomputers zijn een essentieel onderdeel van de moderne wetenschap. Door cijfers te verwerken en berekeningen uit te voeren die ons mensen eeuwen zouden kosten om zelf te voltooien, helpen ze ons dingen te doen die anders onmogelijk zouden zijn, zoals het voorspellen van de vliegroutes van orkanen, het simuleren van kernrampen, of het modelleren van de manier waarop experimentele medicijnen de mens kunnen beïnvloeden. cellen. Maar die rekenkracht heeft letterlijk een prijs. Supercomputer-afhankelijk onderzoek is notoir duur. Het is niet ongebruikelijk dat onderzoeksinstellingen meer dan duizend dollar betalen voor een uur supercomputergebruik, en soms zelfs meer, afhankelijk van de benodigde hardware.

Maar de laatste tijd wenden steeds meer wetenschappers zich, in plaats van te vertrouwen op grote, dure supercomputers, tot een andere methode voor hun rekenbehoeften: gedistribueerde supercomputers. Je hebt hier waarschijnlijk al eerder van gehoord. In plaats van te vertrouwen op een enkele, gecentraliseerde computer om een ​​bepaalde taak uit te voeren, trekt deze crowdsourced-computerstijl aan rekenkracht van een gedistribueerd netwerk van vrijwilligers, meestal door speciale software op pc's thuis te draaien smartphones. Individueel zijn deze vrijwillige computers niet bijzonder krachtig, maar als je er genoeg aan elkaar koppelt, hun collectieve macht kan gemakkelijk die van welke gecentraliseerde supercomputer dan ook overschaduwen – en vaak voor een fractie van de macht kosten.

De afgelopen jaren hebben dit soort peer-to-peer computerprojecten een soort renaissance meegemaakt Naarmate de verwerkingskracht van onze apparaten blijft verbeteren, lijkt het erop dat het volgende grote ding in de wetenschap de smartphone in je zak.

De geboorte en de bloei

Het concept van vrijwillig computergebruik bestaat al tientallen jaren, maar pas eind jaren negentig personal computers hadden hun weg gevonden naar een groot aantal Amerikaanse huishoudens – dat begon echt te duren uit.

In 1999 lanceerden onderzoekers van UC Berkeley en Stanford twee projecten die aanzienlijke media-aandacht en brede acceptatie kregen: SETI@home, dat pc-gebruikers aanmoedigde zich aan te melden en hun CPU's in te schakelen om radiotelescoopgegevens te analyseren, en Vouwen@home, dat die rekenkracht gebruikte om complexe eiwitten te vouwen.

Beide projecten waren enorme hits bij het publiek. SETI@Home ondervond zo'n enorme aanvankelijke belangstelling dat het de servers van het project overweldigde veroorzaakte regelmatig ongelukken. Maar na dat doorbraaksucces vlakte de belangstelling uiteindelijk af, nam af en leidde uiteindelijk tot de makers van het project sluit het na twintig jaar af.

Folding@home onderging echter niet hetzelfde lot. Rond de tijd dat het SETI@home-project ten einde liep, verscheen de kans van Folding@home om te schitteren: de COVID-19-uitbraak. Kort nadat de pandemie toesloeg, sloten meer dan een miljoen nieuwe vrijwilligers zich aan bij het project, waardoor er feitelijk wat ontstond neerkwam op de snelste supercomputer ter wereld – één krachtiger dan de top 500 van traditionele supercomputers gecombineerd. Hun taak was eenvoudig maar instrumenteel bij het opsporen van enkele van de meest complexe ziekten, waaronder COVID 19: vouw eiwitten.

Eiwitten zijn cruciaal om te begrijpen hoe bijvoorbeeld een virus reageert op het menselijke immuunsysteem en het besmet. In hun oorspronkelijke staat bevinden eiwitten zich in een gevouwen vorm en ontvouwen ze zich om bijvoorbeeld de afweer van ons lichaam te binden en te onderdrukken. Om therapieën te ontwerpen, voeren wetenschappers simulaties uit om de ontvouwingsvolgorde van een eiwit te onderzoeken – maar het is een zeer arbeidsintensief en tijdrovend proces. Dat is waar Folding@home tussenkomt. Het verlaagt niet alleen de kosten dramatisch, maar versnelt in enkele gevallen ook de ontwikkeling met maanden en zelfs jaren.

Zodra de vrijwilligers van Folding@home een stukje software installeren, nemen hun machines een deel van een grotere taak op zich en verwerken deze op de achtergrond. De resultaten worden via de cloud teruggestuurd naar de laboratoria van de onderzoeksgroep, waar ze worden verzameld en beoordeeld.

De resultaten waren herhaaldelijk baanbrekend. In 2021 konden wetenschappers ontdekken waarom de varianten van COVID-19 verwoestender waren, grotendeels dankzij de enorme toename van de rekenkracht van Folding@home. Bovendien hielp het bij de ontwikkeling van een antiviraal geneesmiddel tegen COVID-19, dat nu in de richting van klinische proeven gaat. Daarnaast heeft Folding@home ook een aantal belangrijke doorbraken mogelijk gemaakt voor andere ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer, Parkinson en kanker.

Zonder crowdsourced computing zou Dr. Gregory R. Bowman, directeur van Folding@home en universitair hoofddocent aan de Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri, zegt: “Dit werk zou kost honderden miljoenen dollars in de cloud, waardoor het economisch onhaalbaar wordt voor ons en voor vrijwel iedereen.” Hij voegde eraan toe: “De rekenkracht is dat wel spelveranderend.”

Een nieuw soort burgerwetenschap

Opwindend genoeg zijn projecten als Folding@home niet de enige manier waarop wetenschappers de kracht van smartphones benutten. Soms is ruwe rekenkracht niet bijzonder belangrijk, en hebben onderzoekers gewoon een bredere nodig spectrum van informatie – informatie die slechts duizenden mensen over de hele wereld kunnen verzamelen leveren.

In maart van dit jaar lanceerde de European Space Agency bijvoorbeeld zijn Camaliot campagne, die tot doel heeft weer-apps te verbeteren door op creatieve wijze gebruik te maken van de GPS-ontvanger in die van mensen Android telefoons. Wanneer uw telefoon satellieten pingt voor navigatie, reageren ze met de tijd en hun locatie, en telefoons berekenen waar ze zijn op basis van hoe lang het duurde voordat elk bericht arriveerde. De tijd die elk signaal nodig heeft, kan wetenschappers beter informeren over de eigenschappen van de atmosfeer, zoals de hoeveelheid waterdamp daarin, wat op zijn beurt kan helpen nauwkeurigere regenvoorspellingen te voorspellen. Maar het ESA-team kan deze activiteit slechts vanuit een beperkt aantal locaties uitvoeren.

Met de Camaliot-app kunnen eigenaren van Android-telefoons van over de hele wereld bijdragen aan het ESA-project. Het pingt herhaaldelijk satellieten vanaf de telefoons van mensen en stuurt de verzamelde responsgegevens terug naar de ESA-basis.

Met Camaliot hoopt ESA gegevens te verzamelen uit gebieden als Afrika, die vanuit ionosferisch oogpunt van groot belang zijn en die niet goed gedekt worden door de onderzoeksresultaten van het agentschap. geospatiaal beperkte gecentraliseerde methoden, vertelde Vicente Navarro, het directoraat Wetenschap bij de European Space Agency en leider van de Camaliot-campagne, aan Digital Trends.

Inhaken

Maar de vraag blijft: waarom zou iemand de stroom van zijn apparaat gratis uitlenen? Naast hogere elektriciteitsrekeningen heeft dit ook invloed op de prestaties en gezondheid van uw telefoons en computers. Maar zelfs met deze nadelen is het antwoord voor velen, zoals Jeffrey Brice, een geluidsontwerper die sinds 2007 eiwitten vouwt, vrij eenvoudig: goed doen.

“Ik was al een tijdje geïnteresseerd in cryptocurrency,” zei Brice, “maar het gebruik van dezelfde hardware voor Folding@home leek een beter, ethischer en filantropischer gebruik van de apparatuur.”

Voor anderen is het een bron van passief inkomen. Om deelname aan te moedigen, hebben enkele toonaangevende Folding@home-groepen cryptogemeenschappen onder leiding van donaties opgezet, die wekelijks valuta's zoals Dogecoin distribueren, afhankelijk van de bijdragen. Camaliot beloont op dezelfde manier zijn topbijdragers met vouchers.

Nu computerchips hun weg vinden naar vrijwel alles, heeft Josh Smith, de oprichter van CureCoin, a cryptocurrency voor het belonen van Folding@home-vrijwilligers, anticipeert op een nog mooiere toekomst voor crowdsourced wetenschap projecten. “Als we onze verheven capaciteitsdoelen bereiken, zal het rimpeleffect voor de toekomst van onze planeet iets zijn dat nooit vergeten zal worden”, zei hij.

Aanbevelingen van de redactie

• Uw volgende Mac-monitor zou deze geniale nieuwe functie kunnen hebben
• Intel denkt dat je volgende CPU een AI-processor nodig heeft – en dit is waarom
• Nieuw rapport geeft aan dat de twee geheime projecten van Apple het ‘next big thing’ zijn
• Dit is wat een trendanalyserende A.I. denkt dat dit de volgende grote stap in de technologie zal zijn
• Het geluid van de wetenschap: waarom audio de volgende grens is in de verkenning van Mars