Добровольцем будешь? Доставай смартфон.
За несколько лет в мире возникли колоссальные запасы вычислительной мощности, которые мало кем используются — и даже мало кем осознаются. Это миллиарды телефонов и планшетов, которые большую часть дня бездействуют. Что, если это время простоя поставить на благо человечеству?
В середине 1990-х, в давно забытую эпоху медленного интернета, Дэвид Геди из Калифорнийского университета в Беркли придумал оригинальный проект: анализировать радиосигналы из космоса силами энтузиастов огромной сети личных компьютеров. Проект назвали SETI@home, то есть «поиск внеземного разума из дома», и он стал первым ярким проявлением идеи volunteer computing, добровольных распределенных вычислений. Коллективный поиск внеземного разума увлек технически продвинутую часть человечества: в начале 2000-х программа работала более чем на 1 млн ПК. Для участия в глобальном исследовании не требовалось практически ничего — только скачать приложение и запустить его, а потом следить за общими результатами.
Потом популярность SETI@home пошла на спад. Но очень кстати случилось пришествие смартфонов, а они, как выяснилось, прекрасно подходят для добровольных распределенных вычислений. Группа исследователей в работе Computing While Charging объясняет основную идею: каждую ночь сотни миллионов смартфонов по всему миру лежат без дела, будучи подключенными к розетке, а часто и к вай-фаю. Это огромная вычислительная инфраструктура, энергоэффективная и дешевая альтернатива традиционным серверным вычислениям (как утверждают исследователи, при сопоставимом уровне энергопотребления такая распределенная сеть по мощи в разы превосходит централизованные расчеты на серверах и университетских суперкомпьютерах). Бери и пользуйся.
Так что в 2013 году платформа BOINC, на которой работал SETI@home, стала мобильной: по просьбам фанатов было запущено приложение BOINCдля Android-смартфонов. Это не просто терминал для SETI@home, а целый хаб для энтузиастов распределенных вычислений, дающий доступ к множеству других проектов, которые появились в последние годы. Среди них Einstein@Home — обработка данных с телескопов для поиска пульсаров и черных дыр, Climateprediction.net (предсказание изменений климата, которое проводится путем сравнения сотен и тысяч моделей разных исследователей), Yoyo@Home (программы математических и генетических исследований) и т.д.
Самый же заметный из них — World Community Grid, запущенная IBM платформа, на которой ведутся крупные медицинские проекты. Силами энтузиастов там были найдены, например, семь перспективных кандидатов на роль лекарства от нейробластомы — ракового заболевания нервной системы, поражающего маленьких детей. В исследовании участвовали 200 тысяч добровольцев со своими смартфонами и компьютерами. Другой проект (гарвардское исследование в области чистой энергии) — перебор 2 млн органических углеродных соединений на предмет их пригодности для изготовления солнечных панелей. Его организаторы утверждают, что найдено уже около 36 тысяч соединений, которые потенциально могут работать вдвое эффективнее ныне используемых фотоэлементов. Еще в одном проекте на World Community Grid разрабатывались более питательные разновидности риса.
Для организаторов проектов нет разницы, подключаетесь вы к ним с компьютера, со смартфона или планшета. А вот для пользователей есть: с телефона и проще (в одном приложении сразу много проектов на выбор), и моднее. Тема, что называется, пошла в народ, и у BOINC стали появляться конкуренты. Самый раскрученный — это разработка производителя смартфонов HTC Power To Give. Это приложение работает и на устройствах Samsung, Sony, Google (Nexus) и Motorola, но только на новых моделях (нужен мощный процессор и 1 Гб оперативной памяти). Набор направлений исследований немного отличается: помимо уже упомянутых SETI@home, Einstein@Home и World Community Grid тут есть, например, проект SIMAP по анализу сходств белков, выросший из BOINC, но теперь существующий отдельно.
Есть и другие примеры — GEMCloud, проект Рочестерского университета, запущенный ради изучения инфраструктуры добровольных вычислений как таковой. С помощью пользователей ученые ищут ее слабые и узкие места, обещая разработать более экономичную и «зеленую» модель распределенных вычислений. Ведь пока тут много проблем: в отличие от традиционной компьютерной инфраструктуры мир смартфонов весьма пестрый — разные процессоры, разные операционные системы, разная архитектура внутри. Нужно много сделать, чтобы сети из столь разнообразных устройств работали в полную мощь.
Механизм везде примерно одинаковый. Надо зарегистрироваться в соответствующем проекте распределенных вычислений, скачать приложение на телефон или планшет, и в общем-то все. Приложение работает, только когда телефон подключен к электросети, и передает данные только через WiFi. Более того, разработчики учат их отключаться, когда телефон слишком разогревается. HTC говорит, что их эпп использует 10–25% оперативной памяти телефона, в зависимости от его мощности, и что время зарядки от такого использования увеличивается не сильно.
Правда, есть свои неудобства. Пользователи BOINC и Power To Give жалуются, что зарегистрироваться в проектах распределенных вычислений из самих приложений нельзя: надо ходить на сайты этих проектов, а потом вводить свои пароли и логины для каждого. Но этот вопрос явно будет решен, ну а пока разве наука не требует небольших жертв? Серьезнее другое: хотя многие продолжают ждать появления BOINC на iOS, это вряд ли случится. Эпп слишком вольно обращается с процессором телефона, чего Apple не позволяет.
ГРАЖДАНИН УЧЕНЫЙ
Добровольные распределенные вычисления — частный случай того, что называется citizen science, «гражданская наука». Феномен давно известный: вспомните астрономов-любителей или энтузиастов-натуралистов. Но сегодня с помощью технологий изыскания этих энтузиастов можно направить в нужное русло и достичь прежде немыслимого масштаба. А главное, если раньше эта работа требовала подготовки и большой увлеченности, то сегодня ее можно разбить на мельчайшие задачи, доступные любому, у кого есть вычислительное устройство (даже тот же смартфон), интерес к науке и хоть несколько минут свободного времени.
В проекте Stardust@Home пользователи изучают частицы межзвездной пыли, в Galaxy Zoo классифицируют далекие галактики по снимкам с радиотелескопов, в Moon Zoo изучают и классифицируют лунную поверхность. Последние две — часть проекта Zooniverse, где добровольцам вообще раздолье: можно исследовать исследовать древние тексты, снимки тропических циклонов или старые записи о погоде. Во всех случаях задача анализа или классификации объектов разбивается на простейшие этапы, выдвигаются базовые критерии, оценить по которым объект может и неподготовленный человек при минимуме времени (например, выбрать из нескольких вариантов какой формы галактика на снимке, отметить, есть ли какие-то необычные элементы, и пр.).
Эти проекты особенно полезны в таких исследованиях, где машинного анализа недостаточно. Различение и сопоставление образов, например, удается человеку все еще значительно лучше, чем компьютеру (хотя ситуация постепенно меняется). Создатели Galaxy Zoo, пишет Wired, «создали мощную машину по распознаванию образов, состоящую исключительно из людей, которая не только может обрабатывать данные невероятно быстро и точно, но и открывает дорогу индивидуальным озарениям, а это фундаментальная составляющая научных исследований».
Тут есть свои ограничения: одни люди могут ошибаться, другие — просто из вредности давать неверные результаты. Как справиться с этим человеческим фактором? В уже упомянутых проектах для надежности показания усредняются. Но есть и другие разработки, основанные на конкуренции и специальных алгоритмах оценки результата.
На основе проекта Rosetta@Home, где изучалась структура белков, ученые Вашингтонского университета разработали онлайн-игру Foldit. В ней научные проблемы представляются в виде упрощенных пазлов, для решения которых вовсе не обязательно иметь биологическое или химическое образование — нужны скорее общие когнитивные и логические навыки. Некоторые из этих проблем сообщество онлайн-игроков решает успешнее, чем специализированные научные суперкомпьютеры. В 2011 году они, например, за три недели раскололи структуру вируса Мейсона — Пфайзера, поражающего СПИДом резус-макак.
Foldit стала образцом еще для одной популярной игры, EteRNA (работает в браузере), где игроки соревнуются в фолдинге молекул РНК. Лучшие результаты потом обрабатываются одним из стэнфордских суперкомпьютеров и синтезируются. Конечная (но пока еще очень далекая) цель — создание из искусственно сгенерированных молекул РНК наномашин и нанопереключателей.
ЗАЧЕМ ОПРОСЫ, ЕСЛИ ЕСТЬ СМАРТФОН?
В сентябре в журнале Science было опубликовано довольно громкое исследование, в котором смартфоны использовались для изучения морали и религиозности. В течение трех дней более тысячи его участников регулярно получали на свои телефоны вопросы о своем поведении и о том, что они видят вокруг. Среди результатов то, что люди с большей вероятностью ведут себя морально, если в их отношении был совершен моральный поступок; и наоборот: большинство людей, совершив некое доброе дело, выписывают себе индульгенцию на менее достойный поступок.
Как уже писал Slon, традиционные методы опросов с появлением смартфонов будут постепенно уходить в прошлое. Телефон почти всегда под рукой у респондента, на нем легко фиксировать ответы, актуальные здесь и сейчас, учитывать местоположение и другие индивидуальные параметры. А использование большой сети телефонов позволяет составлять гораздо более адекватные выборки.
И этим пользуются научные проекты нового поколения — например, Mappiness, масштабное исследование счастья и его факторов, или Kinsey Reporter: приложение для iOS и Android, с помощью которого участники проекта анонимно докладывают о своем сексуальном поведении и впечатлениях от сексуальной жизни. База данных доступна всем через открытый API, и более того, за сообщениями и базовой статистикой можно следить на самом сайте в реальном времени.
КТО ЗА КЕМ СЛЕДИТ
Наконец, смартфоны — это не только способы распределенных вычислений и исследований. Это еще и огромные сети сенсоров. Уже сейчас в продвинутых моделях телефонов есть, помимо геолокации, акселерометров и барометров, датчики температуры, влажности, магнитного поля, уровня естественного освещения. В дальнейшем на смартфонах могут появиться и другие сенсоры — например, пыли, газа и т.д.
Популярное приложение PressureNet грозится стать точнейшей и мощнейшей в мире платформой анализа погоды. Два канадца, Джекоб Шихи и Фил Джонс, обратили внимание, что у новых Android-смартфонов есть датчики атмосферного давления, и если включить при этом геолокацию, получается отличный инструмент погодных измерений. К их проекту подключились ученые из Вашингтонского университета и исследователи из других стран. Сегодня приложение работает на десятках тысячах смартфонов, но разработчики, разумеется, хотят, чтобы его запускали миллионы. Тогда можно будет не только предсказывать ближайшие изменения погоды в глобальном масштабе, но и изучать ее паттерны, и даже использоватьданные программы на фондовом рынке.
Смартфоны предлагается использовать сетей и в городских сервисах, для оптимизации городского устройства. Например, с помощью микрофонов в городе можно отслеживать определенные звуки и уровень шума (подобные разработки есть, скажем, у Disney), с помощью других датчиков — уровень загрязненности воздуха, пробок и т.д. Еще одно перспективное направление — анализ поведения и телесных реакций во время сложных ситуаций, катастроф или эпидемий. Наконец, компании или коммунальные службы могут выдавать своим сотрудникам смартфоны с предустановленными приложениями, собирающие нужную по работе информацию и во время бездействия выполняющие часть корпоративных вычислений.
Смартфон, пишет исследователь из Гарварда Сьюзен Кроуфорд, когда-то казавшийся предельно индивидуальным, приватным устройством, теперь может превратиться в совершенно коллективный, коммунальный девайс. Это колоссальные возможности для распределенных вычислений и для усовершенствования государственных услуг — и одновременно, разумеется, огромная угроза личной автономии. Хотя это уже совсем другая история.
И речь на самом деле не только о смартфонах. Они только прокладывают дорогу. В дальнейшем подобную, а может, и еще более яркую роль в распределенных вычислениях и сборе информации будут играть другие устройства: «умные» часы и браслеты, холодильники, системы видеонаблюдения, бортовые компьютеры автомобилей и прочие составляющие интернета вещей. Главная задача — убедить самих пользователей, что это здорово и правильно: пока ты спишь, бежишь на работу и занят другими делами, твои гаджеты спасают человечество, борются за экологию и обустраивают города.
Довольно актуальный каталог проектов распределенных вычислений, в которых можно поучаствовать, см. здесь. А тут аналогичный список проектов из области citizen science.
http://www.boinc.ru
http://forum.boinc.ru/default.aspx?g=mytopics
http://boinc.berkeley.edu/download.php
http://www.boinc.ru/doc/boinc/boinc_setup.htm
