Следующая большая вещь в науке уже у вас в кармане

Суперкомпьютеры являются неотъемлемой частью современной науки. Обрабатывая цифры и выполняя вычисления, на выполнение которых нам, людям, потребовались бы целые эпохи, они помогают нам делать то, что иначе быть невозможным, например, прогнозирование траекторий полета ураганов, моделирование ядерных катастроф или моделирование того, как экспериментальные лекарства могут повлиять на человека. клетки. Но за эту вычислительную мощность приходится платить — в буквальном смысле. Исследования, зависящие от суперкомпьютеров, общеизвестно дороги. Исследовательские учреждения нередко платят более 1000 долларов за один час использования суперкомпьютера, а иногда и больше, в зависимости от необходимого оборудования.

Но в последнее время вместо того, чтобы полагаться на большие и дорогие суперкомпьютеры, все больше и больше ученых обращаются к другому методу для решения своих задач по обработке чисел: распределенным суперкомпьютерам. Вы, наверное, слышали об этом раньше. Вместо того, чтобы полагаться на один централизованный компьютер для выполнения определенной задачи, этот краудсорсинговый стиль вычислений привлекает вычислительная мощность распределенной сети добровольцев, обычно путем запуска специального программного обеспечения на домашних ПК или смартфоны. По отдельности эти добровольные компьютеры не особенно мощны, но если соединить их достаточное количество вместе, их коллективная мощь может легко затмить мощь любого централизованного суперкомпьютера — и часто за долю расходы.

За последние несколько лет такого рода проекты одноранговых вычислений пережили своего рода ренессанс. Поскольку вычислительная мощность наших устройств продолжает улучшаться, кажется, что следующим большим событием в науке может стать смартфон в твоем кармане.

Рождение и бум

Концепция добровольных вычислений существует уже несколько десятилетий, но так было только в конце 1990-х годов, когда персональные компьютеры проникли во многие семьи в США — и это действительно начало принимать выключенный.

В 1999 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Стэнфорда запустили два проекта, которые получили широкое освещение в СМИ и получили широкое распространение: SETI@дома, который побуждал пользователей ПК зарегистрироваться и подключить свои процессоры для анализа данных радиотелескопа, и Складной@дома, который использовал эту вычислительную мощность для сворачивания сложных белков.

Оба проекта имели огромный успех у публики. SETI@Home на самом деле испытала такой огромный всплеск первоначального интереса, что серверы проекта были перегружены и вызывал частые сбои. Но после этого оглушительного успеха интерес в конечном итоге выровнялся, пошел на убыль и в конечном итоге привел создателей проекта к закрыть его через 20 лет.

Однако Folding@home не постигла та же участь. Примерно в то время, когда проект SETI@home сворачивался, у Folding@home появилась возможность проявить себя: вспышка COVID-19. Вскоре после того, как разразилась пандемия, к проекту присоединились более миллиона новых волонтеров, по сути создав то, что стал самым быстрым в мире суперкомпьютером — на один мощнее, чем 500 лучших традиционных суперкомпьютеров. комбинированный. Их работа была простой, но сыграла важную роль в расшифровке некоторых из самых сложных заболеваний, в том числе COVID-19: сворачивание белков.

Белки имеют решающее значение для понимания того, как, например, вирус реагирует на иммунную систему человека и заражает ее. В своем естественном состоянии белки имеют сложенную форму и разворачиваются, например, для связывания и подавления защитных сил нашего организма. Чтобы разработать методы лечения, ученые проводят моделирование, чтобы изучить последовательность разворачивания белка, но это очень ресурсоемкий и трудоемкий процесс. Именно здесь на помощь приходит Folding@home. Это не только резко снижает затраты, но и ускоряет разработку на месяцы, а в некоторых случаях даже на годы.

Как только волонтеры Folding@home устанавливают программное обеспечение, их машины берут на себя часть более крупной задачи и обрабатывают ее в фоновом режиме. Результаты отправляются обратно в лаборатории исследовательской группы через облако, где они сопоставляются и проверяются.

Результаты в нескольких случаях были новаторскими. В 2021 году ученые смогли выяснить, почему варианты COVID-19 оказались более разрушительными, во многом благодаря резкому росту вычислительной мощности Folding@home. Кроме того, это помогло разработать противовирусный препарат от COVID-19, который сейчас проходит клинические испытания. Помимо этого, Folding@home также способствовал ряду значительных прорывов в борьбе с другими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и рак.

Без краудсорсинговых вычислений доктор Грегори Р. Боуман, директор Folding@home и доцент Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури, говорит: «Эта работа имела бы использование облака обходится в сотни миллионов долларов, что делает его экономически нецелесообразным для нас или большинства кого-либо еще». Он добавил: «Вычислительная мощность меняет правила игры».

Новый вид гражданской науки

Примечательно, что такие проекты, как Folding@home, — не единственный способ, с помощью которого ученые используют возможности смартфонов. Иногда чистая вычислительная мощность не особенно важна, и исследователям просто нужен более широкий кругозор. спектр информации — информацию, которую могут собрать и использовать только тысячи людей по всему миру. доставлять.

Например, в марте этого года Европейское космическое агентство запустило свой Камалиот кампания, целью которой является улучшение погодных приложений за счет творческого использования GPS-приемника внутри людей. Андроид телефоны. Видите ли, всякий раз, когда ваш телефон отправляет сигнал спутникам для навигации, они отвечают, сообщая время и свое местоположение, а телефоны рассчитывают, где они находятся, исходя из того, сколько времени потребовалось для доставки каждого сообщения. Время, необходимое для каждого сигнала, может лучше информировать ученых о свойствах атмосферы, например, о количестве водяного пара в ней, что, в свою очередь, может помочь более точно прогнозировать дожди. Но команда ЕКА может выполнять эту деятельность лишь из определенного количества мест.

Приложение Camaliot позволяет владельцам телефонов Android со всего мира внести свой вклад в проект ЕКА. Он неоднократно пингует спутники с телефонов людей и отправляет собранные ответные данные обратно на базу ЕКА.

С помощью Camaliot ЕКА надеется собрать данные из таких областей, как Африка, представляющих большой интерес с точки зрения ионосферы и которые плохо охвачены данными агентства. Централизованные методы, ограниченные геопространственными данными, рассказал Digital Висенте Наварро, директор по науке Европейского космического агентства и руководитель кампании Camaliot. Тенденции.

Внесение вклада

Но остается вопрос: зачем кому-то бесплатно одалживать мощность своего устройства? Помимо повышенных счетов за электроэнергию, это также влияет на производительность и здоровье ваших телефонов и компьютеров. Но даже несмотря на эти недостатки, для многих, таких как Джеффри Брайс, звукорежиссер, который занимается сборкой белков с 2007 года, ответ довольно прост: делать добро.

«Некоторое время я интересовался криптовалютой, — сказал Брайс, — но использование того же оборудования для Folding@home казалось лучшим, более этичным и более филантропическим использованием оборудования».

Для других это источник пассивного дохода. Чтобы стимулировать участие, некоторые ведущие группы Folding@home создали криптосообщества, возглавляемые пожертвованиями, которые каждую неделю распределяют такие валюты, как Dogecoin, в зависимости от пожертвований. Camaliot аналогичным образом награждает своих лучших участников ваучерами.

Поскольку компьютерные чипы проникают практически во все, Джош Смит, основатель CureCoin, криптовалюту для вознаграждения волонтеров Folding@home, предвидит еще более светлое будущее краудсорсинговой науки проекты. «Если мы достигнем наших высоких целей в области потенциала, волновой эффект для будущего нашей планеты будет тем, что никогда не забудется», — сказал он.

Рекомендации редакции

• Ваш следующий монитор Mac может иметь эту гениальную новую функцию
• Intel считает, что вашему следующему процессору понадобится процессор искусственного интеллекта — вот почему
• В новом отчете указывается, что два секретных проекта Apple — это «следующая большая вещь» Apple.
• Вот что анализирует тенденции ИИ. думает, что это будет следующим большим достижением в сфере технологий
• Звук науки: почему звук является следующим рубежом в исследовании Марса