Categorii
Seo

Stiinta cetateneasca intra intr-o noua era

Cercetatorii seismului au o problema. La fel si oamenii de stiinta care incearca sa investigheze raspandirea malariei mortale. In timp ce conservatorii care incearca sa obtina un control asupra starii taierii ilegale ar putea fi cel mai rau dintre toate.

Ceea ce leaga toate acestea este ca, atunci cand vine vorba de a rezolva unele dintre cele mai mari probleme din domeniul lor, metodele stiintifice traditionale nu sunt pe deplin la inaltimea sarcinii.

Cercetatorii cutremurului ar dori sa aiba sisteme de monitorizare care sa acopere complet zonele cu risc ridicat, dar daca ar avea suficienti senzori de calitate pentru cercetare care sa acopere sute de mile de linii de avarie le-ar costa milioane si milioane de dolari. Cercetatorii elvetieni in domeniul malariei trebuie sa efectueze un numar enorm de calcule pentru a simula raspandirea malariei in intreaga lume; informatii valoroase pentru guvernele care decid unde sa cheltuiasca cel mai bine resurse limitate pentru interventii de salvare a vietii. Dar puterea de calcul pentru a-l rula este prea costisitoare. In timp ce se afla in padurile adanci si luxuriante din bazinul Congo, sunt aproape imposibili sa existe suficienti oameni bine pregatiti pentru a monitoriza taierea si braconajul ilegal al copacilor.

Dar stiinta se schimba. In epoca internetului, se trezeste ideea puterii oamenilor: fortele combinate a mii de voluntari obisnuiti conectati pot ajuta la colectarea sau sfaramarea unor mase covarsitoare de date.

„Exista atat de multi oameni care pot participa in acest fel, cred ca crowd-sourcing-ul ar putea fi aproape mai important decat dezvoltarea internetului”, spune Ben Segal, care a lucrat la multe proiecte de calcul voluntar la European Particle Physics Laborator, Cern – si care a indrumat, printre altele, un tanar Tim Berners-Lee, care va continua sa inventeze World Wide Web.

„Stiinta cetateneasca” nu este un concept nou. Asa-numitele proiecte de „calcul voluntar” s-au extins rapid de la lansarea Seti @ Home in 1999, un program care inca foloseste puterea a milioane de computere obisnuite in modul de economisire a ecranului pentru a ajuta la cautarea semnelor vietii inteligente din univers. Exploatarea in aspecte ale puterii de procesare a computerului, cum ar fi modurile de reincarcare si utilizarea „ciclurilor”, desktopurilor sau laptopurilor irosite anterior de la oameni imprastiati in intreaga lume se pot uni pentru a imita puterea de numarare a unui supercomputer.

Pana la sfarsitul ultimului deceniu, mai multe proiecte foloseau puterea de calcul voluntara pentru rezolvarea problemelor complexe, variind de la catalogarea stelelor din colturile indepartate ale universului cu Galaxy Zoo pana la prezicerea structurilor complexe tridimensionale ale structurilor proteice cu FoldIt. Exista chiar si un site (scistarter.com) dedicat cresterii popularitatii stiintei cetatenesti, unde oamenii pot descoperi, participa si finanta proiecte de cercetare.

Dar cei din fruntea domeniului spun ca stiinta cetatenilor incepe acum sa intre intr-o noua era.

Array

Ceea ce s-a schimbat este un sentiment din ce in ce mai mare ca participantii pot participa activ la proiecte, mai degraba decat sa permita pasiv computerului lor inactiv sa faca truda. „Sentimentul lor este ca stiinta este prea importanta pentru a fi lasata doar oamenilor de stiinta”, spune Francois Gray de la Citizen Cyberscience Center, o colaborare infiintata in 2009 intre CERN, Universitatea din Geneva si Natiunile Unite, cu bani de la Fundatia Shuttleworth.

Instrumente pentru comert

Centrul Cyberscience pentru Cetatenii lui Grey este una dintre operatiunile principale care imping stiinta cetateneasca in teritorii neexplorate. Unul dintre motivele pentru care Gray spune ca acest lucru devine din ce in ce mai posibil este ca bariera tehnologica scade, astfel incat hardware din ce in ce mai sofisticat poate fi pus in mainile cetatenilor.

Un proiect pe care CCC il sustine – „Quake Catcher Network”, sau QCN, asa cum se stie, este o tendinta catre dispozitive din ce in ce mai mici, mai agile, bazate pe cele mai recente jetoane. Un dispozitiv de detectare a miscarii extern personalizat, cu mufa USB, transforma desktopurile obisnuite ale oamenilor in detectoare automate de cutremure. Conectati computerele prin internet la un sistem centralizat sau la un server, iar acum aveti un sistem larg care mapeaza urmarile unui cutremur.

Reteaua a fost testata in zona golfului din San Francisco, iar senzorii au fost trimisi in Noua Zeelanda in urma cutremurului din septembrie 2010 pentru a afla mai multe despre aparitia „replicilor” – care sunt aproape la fel de periculoase ca si evenimentul principal in sine. In noiembrie anul trecut, cercetatorii de la Academia Sinica din Taiwan au infiintat un server pentru a monitoriza insula predispusa la cutremur care se afla intre Placile Marii Eurasiatice si Filipine.

Senzorii au fost dezvoltati de Elizabeth Cochran de la US Geological Survey si Jesse Lawrence de la Universitatea Stanford, care in prezent costa intre 60 si 200 de dolari pe senzor, o fractiune din costul seismometrelor profesionale care pot costa pana la 100.000 de dolari pe bucata. Dispozitivele QCN au doar o fractiune din sensibilitatea seismometrelor de cercetare, dar ceea ce le lipseste in sensibilitate, le compenseaza mai mult decat in ​​volum, spune Lawrence. „Cu mult mai multi senzori ieftini, in loc sa ghicim unde s-au simtit miscari puternice prin interpolare intre senzori de cercetare, ar trebui sa putem sti unde s-au simtit miscari puternice imediat, deoarece avem senzori (QCN) acolo.”

Si in curand ar putea exista o armata de „captori de cutremur” mobili, potrivit Carl Christensen, QCN. Smartphone-urile sunt ideale pentru sarcina, deoarece au deja incorporate detectoare de miscare, giroscopuri, accelerometre si semnalizare GPS. Pana in vara anului 2012, QCN se asteapta sa lanseze o aplicatie care transforma smartphone-ul dvs. Android intr-un senzor de cutremur de dimensiuni buzunare.

Curand dupa aceea, spera sa trimita 1.000 de telefoane echipate cu senzori in locuri in care tocmai a alunecat o linie de avarie.

O parte din hardware-ul adoptat in alte proiecte de stiinta a cetatenilor provine, de asemenea, din origini neasteptate. Un progres major in calculul stiintific a venit din dezvoltarea unitatilor de procesare grafica 3D (GPU) super-rapide pentru a rula jocuri video pe consola Sony PlayStation 3. GPU-urile pot face de 10 ori mai mult decat un cip obisnuit. In consecinta, Dave Anderson, fondatorul platformei software open-source BOINC, prevede calculul voluntar la un nivel „exascal” – aproximativ 1.000.000.000.000.000.000 de calcule pe secunda – de 100 de ori mai puternic decat supercomputerele de astazi.

Jocuri pentru castig

Beneficiile stiintifice ale calculelor voluntare pot fi enorme si, in consecinta, exista o serie de eforturi care cauta sa valorifice puterea de procesare neutilizata a oamenilor. De exemplu, malariacontrol.net simuleaza raspandirea bolii pe computer – ajutand guvernele sa decida cum sa investeasca cel mai eficient in, de exemplu, plasele de pat versus vaccinuri.

In 2005, computerele de birou ale Institutului Elvetian de Sanatate Tropicala si Publica, de 40 de persoane, s-au luptat sa ruleze un numar enorm de simulari epidemiologice necesare pentru a obtine rezultate „din lumea reala”. Dupa ce s-au orientat spre calculul voluntar, acum au puterea de calcul de pana la 15.000 de desktop-uri care lucreaza simultan. Nicolas Maire, cercetator al organizatiei, estimeaza ca aceasta cifra este echivalentul unui singur computer desktop care functioneaza intre 800 si 1.000 de ani. „In mod realist, ar fi fost imposibil de facut in orice alt mod”, recunoaste el.

Dar nu totul este o munca serioasa. Unele dintre cele mai reusite abordari de calcul voluntar isi au radacinile in lumea jocurilor. Proiectantii si inginerii software iau algoritmi si principii de proiectare a jocurilor si le folosesc pentru a rezolva puzzle-uri stiintifice de lunga durata care necesita calcule computerizate complexe. Programele pe care le creeaza incurajeaza voluntarii sa doneze putere de procesare de rezerva transformandu-l intr-un joc online in care oamenii concureaza si colaboreaza intre ei.

In FoldIt, de exemplu, jucatorii indoiesc, trag si impaturesc versiunile digitale ale moleculelor de proteine ​​pe ecranele computerului. Construirea componentelor proteice necesare vietii implica un set complex de masini din celulele noastre care traduc informatiile codificate in genele noastre intr-o secventa de aminoacizi, care sunt apoi infasurate si pliate intr-o forma tridimensionala conceputa pentru a-si indeplini functia necesara. Secventa de aminoacizi dicteaza forma pe care proteina o va adopta in cele din urma, dar chiar si proteinele mici se pot plia intr-un numar imens de moduri diferite si, prin urmare, este intotdeauna o provocare pentru computere sa descopere care dintre numeroasele structuri posibile este cea mai buna unu.

Cu aproximativ 240.000 de jucatori inregistrati, FoldIt se dovedeste nepretuit pentru cercetatorii care incearca sa rezolve modelele complexe structurale si de pliere ale proteinelor. Jucatorii pot indoi si trage proteinele in forma lor optima, atata timp cat respecta regulile fizicii. Cu cat incercarile dvs. de origami proteic adera la aceste reguli, cu atat veti obtine mai multe puncte.

In ultimele luni, voluntarii care au jucat au demonstrat ca pot prevedea in mod activ structurile proteice si pot proiecta noi proteine. In septembrie anul trecut, oamenii de stiinta au raportat structura unei enzime cheie care permite reproducerea HIV, facandu-l o tinta evidenta pentru medicamente. Structura precisa a proteinelor le-a dat peste cap de aproape 15 ani, dar comunitatea FoldIt a produs-o in cateva zile. In luna ianuarie a acestui an, jucatorii au produs prima reproiectare a proteinelor din sursa – cresterea performantei unei enzime pentru una dintre cele mai importante reactii pe care chimistii organici le folosesc pentru a construi compusi variind de la medicamente la pesticide.

Un alt program online, Phylo, avanseaza cunostintele oamenilor de stiinta despre genetica, realizand un joc din potrivirea ADN-ului. Daca zonele secventei genetice sunt aproximativ similare intre specii, sugereaza cu tarie ca acestea ar putea avea o functie importanta. Gasirea lor a depasit domeniul de aplicare al algoritmilor informatici. Dar la inceputul acestei luni, cercetatorii au publicat un studiu in care jucatorii au depasit cele mai bune computere – au realizat cea mai buna secventa ADN potrivita intre maximum opt specii la un moment dat.

Cetateni activi

In ciuda acestor succese notabile, Grey-ul CCC este rapid sa sublinieze ca calculul voluntar nu ofera o solutie universala. „Exista anumite probleme pe care le poti sparge cu un supercomputer care ar fi lipsit de speranta in cazul calculelor voluntare”, spune el. Supercomputerele sunt cele mai potrivite pentru probleme in care mii de procesoare trebuie sa comunice intre ele si sa schimbe frecvent datele in timpul unui calcul, potrivit Gray. Calculul voluntar functioneaza cel mai bine pe probleme usor de partajat, care sunt divizibile in bucati digerabile, la care se poate lucra in orice ordine, in orice moment.

Acestea fiind spuse, succesele evidentiaza cat de mult voluntarii isi doresc un rol mai activ in stiinta cetatenilor. Voluntarii nu vor doar sa contribuie pasiv la date la un studiu, ci vor sa invete si sa se dezvolte ca urmare a participarii. Unele proiecte au sprijin voluntar, forumuri si forumuri de mesaje. Oamenii de stiinta, voluntarii si comunitatea open-source se aduna la hackfests pentru a gasi solutii de programare voluntara si solutii de calcul pentru problemele stiintifice.

Segal al lui Cern spune ca a fost impresionat de apetitul voluntarilor pentru invatare in proiecte precum LHC @ Home si ca calculul voluntar pare sa atraga o multime de oameni de stiinta si profesori pensionari, precum si oameni cu studii superioare in stiinte care au incheiat o alta treaba. . „Am avut o serie de cazuri de oameni care au depus ore intregi de munca neplatita pentru a-i ajuta pe incepatori”, spune el. „Avantajul este ca poate fi auto-controlat, la fel ca Wikipedia originala”.

Devenind extrem

Dar cele mai adanci paduri din bazinul Congo pot oferi o bucata de vedere catre directia stiintei cetatenesti. O initiativa isi propune sa ajute triburile pigmei sa lupte impotriva exploatarii forestiere si braconajului in aceasta zona, permitandu-le sa documenteze distrugerea si defrisarea cu jocuri si harti interactive.

Aceasta initiativa face parte din programul Extreme Citizen Science din cadrul University College London, lansat oficial in februarie anul acesta. Condusa de informaticianul si geograful Muki Haklay si de antropologul Jerome Lewis, ideea este de a permite oricarei comunitati, indiferent de alfabetizarea lor, sa inceapa, sa conduca si sa analizeze un studiu stiintific – indiferent daca este vorba de promovarea intereselor sau de efectuarea schimbarii politicii. „Vrem sa mutam stiinta cetatenilor de la cei educati la toti”, spune Haklay.

Lucrand intr-o parte din estul Londrei numita Deptford, Haklay si colegii sai au infiintat un proiect comunitar in care indivizii monitorizau poluarea fonica provenita dintr-o santiera locala. Prin crearea unei banci de date locale care a aratat ca operatiunea incalca limitele de zgomot, Agentia de Mediu din Regatul Unit a revocat licenta de santier.

Intre timp, Lewis lucreaza cu indigenii din Republica Congo si Camerun pentru a dezvolta instrumente de colectare a datelor care sa poata fi utilizate de persoanele care nu sunt alfabetizate. In anii ’90, vaste regiuni de padure din bazinul Congo au fost impartite si vandute companiilor multinationale pentru exploatarea resurselor. Dar la mijlocul anilor 2000, multe dintre aceste companii doreau certificarea FSC (Forest Stewardship Council) pentru a semnifica produse provenite din surse recoltate si verificate in mod responsabil si s-au adresat oamenilor ca Lewis pentru ajutor.

Asadar, Lewis a conceput modalitati de monitorizare a ceea ce doreau indigenii sa pastreze, de exemplu, copacii din care culeg o specie deosebit de delicioasa si comercializabila de omida. Oamenii sunt echipati cu dispozitive cu ecran tactil cu pictograme pentru diferite optiuni, cum ar fi „copac valoros”, pe care le pot selecta si eticheta cu coordonatele GPS. „Ce este bine este ca aceste harti vor vorbi pentru comunitati”, spune Lewis.

Cu toate acestea, exista inca cateva probleme fundamentale de rezolvat cu aceste tipuri de proiecte. Unul este modul in care instruiti oamenii in mod adecvat pentru sarcina. O alta este modul in care oamenii de stiinta se pot asigura ca metodele utilizate si calitatea datelor sunt suficient de solide atunci cand oamenii au un interes clar in rezultat.

Facerea unor protocoale, instrumente si analize de colectare a datelor cat mai robuste posibil poate depasi prejudecatile rau intentionate sau accidentale, spune Haklay. „Importanta smartphone-urilor ca instrumente stiintifice nu poate fi subestimata in acest context: GPS ofera ora exacta si o locatie buna; imaginile telefonice ofera locatia si marcajele de timp (care este putin probabil sa fie manipulate de catre utilizatori necalfabetati si cu dificultati tehnice), care va ofera dovezi; iar atunci cand comunica cu senzori de poluare a aerului sau cu un microfon despre nivelul de zgomot, de exemplu, aveti o observatie marcata de timp de la un instrument. ”

O alta preocupare este ca pur si simplu nu exista suficienti voluntari potentiali disponibili. CCC’s Grey subliniaza ca, cu doar 40% din populatia Chinei conectata la internet pana acum, asta inseamna ca exista potential inca o jumatate de miliard pe cale sa se alature. Deja un numar de proiecte stiintifice cetatenesti incearca sa valorifice numarul mare de potentiali voluntari din China, iar primul proiect conceput de oamenii de stiinta chinezi a fost lansat in 2010. Cercetatorii de la Universitatea Tsinghua din Beijing, cu sprijinul World Community Grid al IBM, au creat Computing pentru ca Apa Curata sa foloseasca puterea de calcul de la peste 50.000 de voluntari pentru a proiecta practic filtre de apa mai ieftine si cu presiune scazuta, care, speram, vor face purificarea apei mai ieftina si mai accesibila.

Si acest interes va creste doar, spune Gray. „Am facut calculele si, in fiecare secunda, un alt chinez se alatura internetului pentru prima data – si toti ar putea dona timp de calcul pe laptopul, tableta sau telefonul”, spune el. „Deci, cand cineva spune ca nu exista suficiente calculatoare voluntare acolo, spun ca la un nou utilizator chinez de internet pe secunda, nu va faceti griji”.

Daca doriti sa comentati acest videoclip sau orice altceva pe care l-ati vazut pe viitor, accesati pagina noastra de Facebook sau trimiteti-ne un mesaj pe Twitter.