چیز بزرگ بعدی در علم اکنون در جیب شماست

ابر رایانه ها بخش اساسی علم مدرن هستند. با خرد کردن اعداد و انجام محاسباتی که قرن‌ها طول می‌کشد تا ما انسان‌ها را به تنهایی کامل کنیم، به ما کمک می‌کنند کارهایی را انجام دهیم که در غیر این صورت غیرممکن بود، مانند پیش‌بینی مسیرهای پرواز طوفان، شبیه‌سازی بلایای هسته‌ای، یا مدل‌سازی چگونگی تأثیر داروهای آزمایشی بر سلول‌های انسانی. اما این قدرت محاسباتی به معنای واقعی کلمه قیمت دارد. تحقیقاتی که به ابررایانه ها بستگی دارد بسیار گران است. برای موسسات تحقیقاتی غیرمعمول نیست که برای یک ساعت استفاده از ابررایانه بیش از 1000 دلار و گاهی اوقات بیشتر، بسته به سخت افزار مورد نیاز، بپردازند.

اما اخیراً، به‌جای تکیه بر ابرکامپیوترهای بزرگ و گران‌قیمت، دانشمندان بیشتر و بیشتر به روشی متفاوت برای نیازهای بی‌شمار خود روی می‌آورند: یک ابر رایانه توزیع‌شده. احتمالاً قبلاً در مورد آن شنیده اید. این سبک جمع‌سپاری از محاسبات به‌جای تکیه بر یک کامپیوتر متمرکز و واحد برای انجام یک کار، نیروی محاسباتی را از شبکه توزیع‌شده داوطلبان، معمولاً با اجرای نرم‌افزار ویژه بر روی رایانه‌های خانگی یا تلفن‌های هوشمند می‌گیرد. به طور جداگانه، این رایانه‌های داوطلب قدرت خاصی ندارند، اما اگر تعداد کافی از آنها را کنار هم قرار دهید، قدرت جمعی آنها به راحتی می‌تواند قدرت هر ابرکامپیوتر متمرکز را تحت الشعاع قرار دهد – و اغلب با کسری از هزینه.

در چند سال گذشته، این نوع پروژه‌های محاسباتی همتا به همتا چیزی شبیه به رنسانس را تجربه کرده‌اند، و از آنجایی که قدرت پردازش دستگاه‌های ما همچنان در حال بهبود است، به نظر می‌رسد که چیز بزرگ بعدی در علم می‌تواند گوشی هوشمند در شما باشد. جیب

تولد و رونق

مفهوم محاسبات داوطلبانه دهه‌ها است که وجود داشته است، اما تا اواخر دهه 1990 – زمانی که رایانه‌های شخصی راه خود را به تعداد زیادی از خانواده‌های ایالات متحده راه انداختند – واقعاً مطرح نشد.

در سال 1999، محققان دانشگاه کالیفرنیا برکلی و استنفورد دو پروژه را راه‌اندازی کردند که پوشش رسانه‌ای قابل توجهی دریافت کرد و مورد استقبال گسترده قرار گرفت: SETI@home، که کاربران رایانه‌های شخصی را تشویق می‌کرد تا ثبت نام کنند و پردازنده‌های خود را به تجزیه و تحلیل داده‌های تلسکوپ‌های رادیویی متعهد کنند، و Folding@home که از این تلسکوپ استفاده می‌کند. قدرت محاسباتی برای تا کردن پروتئین های پیچیده

هر دو پروژه با استقبال مردم مواجه شدند. SETI@Home در واقع با چنان انبوهی از علاقه اولیه روبرو شد که سرورهای پروژه را بیش از حد بارگذاری کرد و باعث خرابی های مکرر شد. اما پس از آن پیشرفت، در نهایت علاقه کاهش یافت، کاهش یافت و در نهایت باعث شد که سازندگان پروژه آن را پس از 20 سال تعطیل کنند.

با این حال، Folding@home به سرنوشت مشابهی دچار نشد. تقریباً زمانی که پروژه SETI@home به پایان رسید، فرصت Folding@home برای درخشش به وجود آمد: شیوع COVID-19. مدت کوتاهی پس از شیوع بیماری همه گیر، بیش از یک میلیون داوطلب جدید به پروژه پیوستند و به طور موثر سریعترین ابررایانه جهان را ایجاد کردند – یکی قدرتمندتر از مجموع 500 ابررایانه اول سنتی. کار آنها ساده و در عین حال در شکستن برخی از پیچیده‌ترین بیماری‌ها، از جمله COVID-19: پروتئین‌های تاشو بسیار مفید بود.

پروتئین ها برای درک اینکه چگونه، برای مثال، یک ویروس به سیستم ایمنی بدن انسان واکنش نشان می دهد و آن را آلوده می کند، بسیار مهم هستند. در حالت طبیعی خود، پروتئین ها به شکل چین خورده هستند و به عنوان مثال برای اتصال و سرکوب دفاعی بدن ما باز می شوند. برای طراحی روش‌های درمانی، دانشمندان شبیه‌سازی‌هایی را انجام می‌دهند تا به دنباله آشکار شدن پروتئین نگاه کنند – اما این فرآیندی بسیار فشرده و زمان‌بر است. اینجاست که Folding@home وارد می شود. نه تنها هزینه ها را به طور چشمگیری کاهش می دهد، بلکه در چند مورد ماه ها و حتی سال ها توسعه را سرعت می بخشد.

پس از اینکه داوطلبان Folding@home یک نرم‌افزار را نصب کردند، دستگاه‌های آن‌ها بخش بزرگ‌تری را بر عهده می‌گیرند و آن را در پس‌زمینه پردازش می‌کنند. نتایج از طریق ابر به آزمایشگاه‌های گروه تحقیقاتی ارسال می‌شوند و در آنجا جمع‌بندی و بررسی می‌شوند.

نتایج در چندین مورد پیشگامانه بود. در سال 2021، دانشمندان توانستند کشف کنند که چرا انواع کووید-19 ویرانگرتر هستند، تا حد زیادی به لطف رشد قدرت محاسباتی Folding@home. علاوه بر این، او به توسعه یک داروی ضد ویروسی علیه COVID-19 کمک کرد که اکنون به سمت آزمایشات بالینی در حال حرکت است. علاوه بر این، Folding@home همچنین تعدادی از پیشرفت‌های مهم را برای بیماری‌های دیگر، مانند آلزایمر، پارکینسون و سرطان تسهیل کرده است.

بدون محاسبات جمع‌سپاری، دکتر گرگوری آر. بومن، مدیر Folding@home و دانشیار دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن، سنت لوئیس، میسوری، می‌گوید: «این کار صدها میلیون دلار در فضای ابری هزینه می‌کرد. از نظر اقتصادی برای ما یا بسیاری دیگر غیرممکن است.» او افزود: «قدرت محاسباتی یک تغییر بازی است.»

نوع جدیدی از علم شهروندی

جالب است که پروژه‌هایی مانند Folding@home تنها راهی نیست که دانشمندان از قدرت تلفن‌های هوشمند استفاده می‌کنند. گاهی اوقات قدرت محاسبات خام چندان مهم نیست، و محققان فقط به طیف وسیع تری از اطلاعات نیاز دارند – اطلاعاتی که تنها هزاران نفر در سراسر جهان می توانند جمع آوری و ارائه کنند.

به عنوان مثال، در ماه مارس سال جاری، آژانس فضایی اروپا کمپین Camaliot خود را راه اندازی کرد که به دنبال بهبود برنامه های هواشناسی با استفاده خلاقانه از گیرنده GPS در تلفن های اندرویدی مردم است. می بینید، وقتی تلفن شما ماهواره های ناوبری را پینگ می کند، آنها با زمان و مکان خود پاسخ می دهند، و تلفن ها بر اساس مدت زمانی که هر پیام طول کشیده است، مکان آنها را محاسبه می کنند. زمانی که هر سیگنال طول می‌کشد می‌تواند دانشمندان را در مورد ویژگی‌های جو، مانند مقدار بخار آب موجود در آن، آگاه کند، که به نوبه خود می‌تواند به پیش‌بینی دقیق‌تر باران کمک کند. اما تیم ESA فقط می تواند این فعالیت را از مکان های زیادی انجام دهد.

برنامه Camaliot به دارندگان تلفن های اندرویدی از سراسر جهان اجازه می دهد تا در پروژه ESA مشارکت کنند. به طور مکرر ماهواره ها را از تلفن های مردم پینگ می کند و داده های پاسخی را که جمع آوری می کند به پایگاه ESA ارسال می کند.

دیجیتال ترندز گفت، با Camaliot، ESA امیدوار است که داده‌هایی را از مناطقی مانند آفریقا که دارای علاقه شدید یونوسفر هستند و به خوبی تحت پوشش روش‌های جغرافیایی متمرکز آژانس نیستند، جمع‌آوری کند.

براده برداری

اما این سوال باقی می‌ماند: چرا کسی باید برق دستگاه خود را به صورت رایگان قرض دهد؟ علاوه بر افزایش قبض برق، بر عملکرد و سلامت گوشی و کامپیوتر شما نیز تاثیر می گذارد. اما حتی با وجود این نقص ها، برای بسیاری مانند جفری برایس، طراح صدا که از سال 2007 پروتئین ها را تا می کند، پاسخ بسیار ساده است: انجام کار خوب.

برایس گفت: “من مدتی است که به ارزهای دیجیتال علاقه مند بوده ام، اما استفاده از همان سخت افزار برای Folding@home استفاده بهتر، اخلاقی تر و بشردوستانه تر از تجهیزات به نظر می رسد.”

برای دیگران، منبع درآمد غیرفعال است. برای تشویق مشارکت، برخی از گروه‌های پیشرو Folding@home انجمن‌های رمزنگاری مبتنی بر کمک مالی ایجاد کرده‌اند که هر هفته ارزهایی مانند Dogecoin را بسته به کمک‌های مالی توزیع می‌کنند. به طور مشابه، Camaliot به بهترین همکاران خود با کوپن پاداش می دهد.

با وجود تراشه‌های رایانه‌ای که تقریباً به همه چیز راه پیدا می‌کند، جاش اسمیت، بنیان‌گذار CureCoin، یک ارز دیجیتال برای پاداش دادن به داوطلبان Folding@home، آینده روشن‌تری را برای پروژه‌های علمی جمع‌سپاری پیش‌بینی می‌کند. او گفت: “اگر ما به اهداف ظرفیت والای خود دست یابیم، اثر موجی برای آینده سیاره ما چیزی خواهد بود که هرگز فراموش نمی شود.”

توصیه های سردبیران