Nästa stora sak inom vetenskap har du redan i fickan

Superdatorer är en viktig del av modern vetenskap. Genom att slå ihop siffror och utföra beräkningar som skulle ta eoner för oss människor att slutföra själva, hjälper de oss att göra saker som skulle annars vara omöjligt, som att förutsäga orkanflyg, simulera kärnkraftskatastrofer eller modellera hur experimentella läkemedel kan påverka människor celler. Men den datorkraften har ett pris - bokstavligen. Superdatorberoende forskning är notoriskt dyr. Det är inte ovanligt att forskningsinstitutioner betalar uppemot 1 000 $ för en timmes superdatoranvändning, och ibland mer, beroende på vilken hårdvara som krävs.

Men på senare tid, snarare än att förlita sig på stora, dyra superdatorer, vänder sig fler och fler forskare till en annan metod för sina numeriska behov: distribuerad superdator. Du har säkert hört talas om detta förut. Istället för att förlita sig på en enda, centraliserad dator för att utföra en given uppgift, drar den här crowdsourcerade datorstilen beräkningskraft från ett distribuerat nätverk av volontärer, vanligtvis genom att köra speciell programvara på hemdatorer eller smartphones. Individuellt är dessa volontärdatorer inte särskilt kraftfulla, men om du sätter ihop tillräckligt många av dem, deras kollektiva kraft kan lätt överskugga den hos vilken centraliserad superdator som helst - och ofta för en bråkdel av den kosta.

Under de senaste åren har den här typen av peer-to-peer-beräkningsprojekt fått något av en renässans, och när processorkraften hos våra enheter fortsätter att förbättras verkar det som att nästa stora sak inom vetenskapen kan vara smartphone i fickan.

Förlossningen och boomen

Konceptet med volontärdator har funnits i decennier, men det var inte förrän i slutet av 1990-talet - när persondatorer hade tagit sig in i ett stort antal amerikanska hushåll – vilket det verkligen började ta av.

År 1999 lanserade forskare vid UC Berkeley och Stanford två projekt som fick avsevärd mediebevakning och utbredd adoption: SETI@home, som uppmuntrade PC-användare att registrera sig och anlita sina CPU: er för att analysera radioteleskopdata, och Folding@home, som använde den datorkraften för att vika komplexa proteiner.

Båda projekten var stora hits bland allmänheten. SETI@Home upplevde faktiskt ett så stort initialt intresse att det överväldigade projektets servrar och orsakade frekventa krascher. Men efter den genombrottsframgången planade intresset så småningom ut, avtog och ledde slutligen till att projektets skapare lägga ner den efter 20 år.

Folding@home led dock inte samma öde. Ungefär när SETI@home-projektet avslutades dök Folding@homes möjlighet att lysa upp: covid-19-utbrottet. Strax efter att pandemin slog till anslöt sig mer än en miljon nya volontärer till projektet, vilket effektivt skapade vad uppgick till världens snabbaste superdator – en kraftfullare än de 500 främsta traditionella superdatorerna kombinerad. Deras jobb var enkelt men ändå avgörande för att knäcka några av de mest komplexa sjukdomarna, inklusive COVID 19: vik proteiner.

Proteiner är avgörande för att förstå hur till exempel ett virus reagerar på och förorenar det mänskliga immunsystemet. I sitt ursprungliga tillstånd är proteiner i en veckad form, och de utvecklas för att till exempel binda och undertrycka vår kropps försvar. För att utforma terapier kör forskare simuleringar för att undersöka ett proteins utvecklingssekvens - men det är en mycket resurstung och tidskrävande process. Det är där Folding@home kliver in. Det sänker inte bara kostnaderna dramatiskt utan accelererar också utvecklingen med månader och till och med år i några få fall.

När Folding@home-volontärer installerar en mjukvara tar deras maskiner på sig en del av en större uppgift och bearbetar dem i bakgrunden. Resultaten skickas tillbaka till forskargruppens labb via molnet, där de sammanställs och granskas.

Resultaten har vid flera tillfällen varit banbrytande. År 2021 kunde forskare upptäcka varför COVID-19s varianter var mer förödande, till stor del tack vare Folding@homes ökning av datorkraft. Dessutom hjälpte det till utvecklingen av ett antiviralt läkemedel mot covid-19, som nu går mot kliniska prövningar. Utöver det har Folding@home också underlättat ett antal betydande genombrott för andra sjukdomar, såsom Alzheimers, Parkinsons och cancer.

Utan crowdsourcing-datorer kan Dr. Gregory R. Bowman, Folding@homes direktör och docent vid Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri, säger: "Detta arbete skulle ha kostar hundratals miljoner dollar i molnet, vilket gör det ekonomiskt omöjligt för oss eller de flesta andra.” Han tillade, "Datorkraften är spelförändrande."

En ny sorts medborgarvetenskap

Spännande nog är projekt som Folding@home inte det enda sättet som forskare utnyttjar kraften hos smartphones. Ibland är rå datorkraft inte särskilt viktig, och forskare behöver helt enkelt en bredare spektrum av information — information som endast tusentals människor spridda över hela världen kan samla in och leverera.

Till exempel, i mars i år lanserade Europeiska rymdorganisationen sin Camaliot kampanj, som försöker förbättra väderappar genom att kreativt utnyttja GPS-mottagaren i människors Android telefoner. Du förstår, närhelst din telefon pingar satelliter för navigering, svarar de med tiden och deras plats, och telefoner beräknar var de är baserat på hur lång tid det tog för varje meddelande att komma fram. Den tid varje signal tar kan bättre informera forskarna om atmosfärens egenskaper, som mängden vattenånga i den, vilket i sin tur kan hjälpa till att förutsäga mer exakta regnprognoser. Men ESA-teamet kan utföra denna aktivitet från bara så många platser.

Camaliot-appen låter ägare av Android-telefoner från hela världen bidra till ESA: s projekt. Den plingar upprepade gånger satelliter från människors telefoner och skickar svarsdata den samlar tillbaka till ESA-basen.

Med Camaliot hoppas ESA kunna samla in data från områden som Afrika, av stort intresse ur jonosfärisk synvinkel och som inte täcks väl av myndighetens geospatialt begränsade centraliserade metoder, säger Vicente Navarro, vetenskapsdirektoratet vid Europeiska rymdorganisationen och ledaren för Camaliot-kampanjen, till Digital Trender.

Chippa in

Men frågan kvarstår: Varför skulle någon låna ut sin enhets ström gratis? Förutom förhöjda elräkningar påverkar detta även prestandan och hälsan hos dina telefoner och datorer. Men även med dessa nackdelar, för många som Jeffrey Brice, en ljuddesigner som har vikat proteiner sedan 2007, är svaret ganska enkelt: att göra gott.

"Jag var intresserad av kryptovaluta ett tag," sa Brice, "men att använda samma hårdvara för Folding@home verkade som en bättre, mer etisk och mer filantropisk användning av utrustningen."

För andra är det en källa till passiv inkomst. För att uppmuntra deltagande har några ledande Folding@home-grupper skapat donationsledda kryptogemenskaper, som distribuerar valutor som Dogecoin varje vecka beroende på bidrag. Camaliot belönar på samma sätt sina bästa bidragsgivare med kuponger.

Med datorchips på väg in i nästan allt, Josh Smith, grundaren av CureCoin, en kryptovaluta för att belöna Folding@home-volontärer, förutser en ännu ljusare framtid för crowdsourced vetenskap projekt. "Om vi ​​uppnår våra höga kapacitetsmål kommer ringeffekten för vår planets framtid att vara något som aldrig glöms bort", sa han.

Redaktörens rekommendationer

• Din nästa Mac-skärm kan ha denna geniala nya funktion
• Intel tror att din nästa CPU behöver en AI-processor - här är anledningen
• Ny rapport indikerar att Apples två hemliga projekt är dess "nästa stora grej"
• Här är vad en trendanalyserande A.I. tror kommer att bli nästa stora grej inom teknik
• Ljudet av vetenskap: Varför ljud är nästa gräns för Mars-utforskning