Наступна велика річ у науці вже у вас у кишені

Суперкомп’ютери є невід’ємною частиною сучасної науки. Обчислюючи цифри та виконуючи обчислення, на виконання яких нам, людям, самим, знадобилося б багато років, вони допомагають нам робити те, що інакше неможливо, як-от прогнозування траєкторії польоту ураганів, імітація ядерних катастроф або моделювання того, як експериментальні ліки можуть впливати на людину клітини. Але ця обчислювальна потужність має свою ціну — буквально. Суперкомп’ютерні дослідження, як відомо, дорогі. Нерідко дослідницькі установи платять понад 1000 доларів США за одну годину використання суперкомп’ютера, а іноді й більше, залежно від необхідного апаратного забезпечення.

Але останнім часом, замість того, щоб покладатися на великі, дорогі суперкомп’ютери, все більше і більше вчених звертаються до іншого методу для своїх численних потреб: розподілених суперкомп’ютерів. Ви, мабуть, чули про це раніше. Замість того, щоб покладатися на єдиний централізований комп’ютер для виконання певного завдання, цей краудсорсинговий стиль обчислень приваблює обчислювальної потужності від розподіленої мережі волонтерів, як правило, шляхом запуску спеціального програмного забезпечення на домашніх ПК або смартфони. Окремо ці комп’ютери-добровольці не надто потужні, але якщо об’єднати їх достатню кількість, їх сукупна потужність може легко затьмарити потужність будь-якого централізованого суперкомп’ютера — і часто лише на частку вартість.

За останні кілька років подібні однорангові обчислювальні проекти пережили дещо ренесанс, і Оскільки обчислювальна потужність наших пристроїв продовжує вдосконалюватися, здається, що наступною великою подією в науці може стати смартфон у вашій кишені.

Народження і розквіт

Концепція волонтерських комп’ютерів існує десятиліттями, але лише наприкінці 1990-х років, коли персональні комп’ютери потрапили у велику кількість домогосподарств США — і це дійсно почало поширюватися вимкнено.

У 1999 році дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі та Стенфорді розпочали два проекти, які отримали значне висвітлення в ЗМІ та широке впровадження: SETI@home, який заохочував користувачів ПК зареєструватися та залучити свої процесори для аналізу даних радіотелескопів, а також Folding@home, яка використовувала цю обчислювальну потужність для згортання складних білків.

Обидва проекти мали масовий успіх у публіки. SETI@Home фактично пережив такий величезний сплеск початкового інтересу, що він переповнив сервери проекту та викликав часті збої. Але після цього проривного успіху інтерес зрештою зрівнявся, згас і зрештою спонукав творців проекту до закрили його через 20 років.

Однак Folding@home не спіткала та сама доля. Приблизно в той час, коли проект SETI@home згортався, у Folding@home з’явилася можливість сяяти: спалах COVID-19. Невдовзі після спалаху пандемії понад мільйон нових волонтерів приєдналися до проекту, фактично створивши те, що став найшвидшим суперкомп’ютером у світі — одним потужнішим, ніж топ-500 традиційних суперкомп’ютерів комбіновані. Їхня робота була простою, але сприяла зламу деяких із найскладніших захворювань, у тому числі COVID 19: згорнути білки.

Білки мають вирішальне значення для розуміння того, як, наприклад, вірус реагує на імунну систему людини та заражає її. У своєму природному стані білки мають згорнуту форму, і вони розгортаються, щоб, наприклад, зв’язувати та пригнічувати захисні сили нашого організму. Щоб розробити терапевтичні засоби, вчені запускають моделювання, щоб дослідити послідовність розгортання білка, але це дуже ресурсоємний і трудомісткий процес. Ось тут на допомогу приходить Folding@home. Це не тільки значно скорочує вартість, але й прискорює розробку на місяці і навіть роки в деяких випадках.

Коли волонтери Folding@home встановлюють програмне забезпечення, їхні машини беруть на себе частину більшого завдання й обробляють їх у фоновому режимі. Результати надсилаються назад до лабораторій дослідницької групи через хмару, де вони збираються та переглядаються.

Кілька разів результати були революційними. У 2021 році вчені змогли з’ясувати, чому варіанти COVID-19 були більш руйнівними, головним чином завдяки різкому зростанню обчислювальної потужності Folding@home. Крім того, це допомогло розробити противірусний препарат від COVID-19, який зараз проходить клінічні випробування. Крім того, Folding@home також сприяв значним проривам у лікуванні інших захворювань, таких як хвороба Альцгеймера, Паркінсона та рак.

Без краудсорсингових обчислень доктор Грегорі Р. Боумен, директор Folding@home і ад’юнкт-професор Школи медицини Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, штат Міссурі, каже: «Ця робота мала б коштує сотні мільйонів доларів на хмарі, що робить його економічно недоцільним для нас чи більшості інших». Він додав: «Обчислювальна потужність є що змінює гру».

Новий вид громадянської науки

Цікаво, що такі проекти, як Folding@home, не єдиний спосіб, за допомогою якого вчені використовують потужність смартфонів. Іноді необроблена обчислювальна потужність не є особливо важливою, і дослідникам просто потрібна більша спектр інформації — інформація, яку можуть зібрати лише тисячі людей по всьому світу доставити.

Наприклад, у березні цього року Європейське космічне агентство запустило свій Камаліот кампанії, яка прагне покращити програми погоди шляхом творчого використання GPS-приймача всередині людей Android телефони. Розумієте, щоразу, коли ваш телефон запитує супутники для навігації, вони відповідають про час і своє місцезнаходження, а телефони обчислюють, де вони знаходяться, на основі того, скільки часу потрібно для отримання кожного повідомлення. Час, який триває кожен сигнал, може краще інформувати вчених про властивості атмосфери, як-от кількість водяної пари в ній, що, у свою чергу, може допомогти передбачити точніші прогнози дощу. Але команда ESA може виконувати цю діяльність лише з багатьох місць.

Додаток Camaliot дозволяє власникам телефонів Android з усього світу зробити свій внесок у проект ESA. Він неодноразово запитує супутники з телефонів людей і надсилає отримані дані назад на базу ESA.

За допомогою Camaliot ESA сподівається зібрати дані з таких областей, як Африка, які представляють великий інтерес з точки зору іоносфери та які недостатньо охоплені агентством. централізовані геопросторові обмежені методи, сказав Вісенте Наварро, Директорат науки Європейського космічного агентства та керівник кампанії Camaliot, Digital Тенденції.

Вколоти

Але залишається питання: навіщо комусь безкоштовно позичати потужність свого пристрою? Окрім підвищених рахунків за електроенергію, це також впливає на продуктивність і здоров’я ваших телефонів і комп’ютерів. Але навіть незважаючи на ці мінуси, для багатьох, як-от Джеффрі Брайс, звукового дизайнера, який згортає білки з 2007 року, відповідь досить проста: робити добро.

«Деякий час я цікавився криптовалютою, — сказав Брайс, — але використання того самого обладнання для Folding@home здавалося кращим, більш етичним і більш філантропічним використанням обладнання».

Для інших це джерело пасивного доходу. Щоб заохотити участь, деякі провідні групи Folding@home створили криптоспільноти, орієнтовані на пожертвування, які щотижня роздають валюти, такі як Dogecoin, залежно від внесків. Подібним чином Camaliot винагороджує своїх найбільших вкладників ваучерами.

Завдяки тому, що комп’ютерні мікросхеми проникають майже у все, Джош Сміт, засновник CureCoin, криптовалюта для винагороди волонтерів Folding@home, передбачає ще світліше майбутнє краудсорсингової науки проекти. «Якщо ми досягнемо наших високих цілей щодо потенціалу, ефект хвилі для майбутнього нашої планети стане чимось, що ніколи не забудеться», — сказав він.

Рекомендації редакції

• Ваш наступний монітор Mac може мати цю нову геніальну функцію
• Intel вважає, що вашому наступному процесору потрібен процесор ШІ — ось чому
• Новий звіт показує, що два секретні проекти Apple є її «наступною великою справою»
• Ось що аналізує тенденції A.I. думає, що це буде наступна велика річ у техніці
• Звук науки: чому аудіо є наступним рубежем у дослідженні Марса