DISTRIBUOVANÉ VÝPOČTY aneb jak může student pomoci s vědeckým výzkumem

Obrázek uživatele OPV PřF UK

Pamatujete si, jak se hledali mimozemšťani pomoci počítačů? Možná to zní jako přitažené za vlasy, pro ty, kdo se s tím nikdy nesetkali; jiní z vás si zase třebas s úsměvem vzpomenou, a že už je to dávno.

Začalo to na konci minulého století, kdy pomocí velkého radioteleskopu byly (a jsou) sbírány signály z vesmíru a v nich se hledají stopy po mimozemské civilizaci. A protože těch signálů je hodně, tak se začalo rozesílat data do více počítačů, které se tak dělily o zpracovávání. Toto je princip distribuovaných výpočtů –extrémně náročný úkol, na který mnohdy nestačí ani superpočítače, se rozdělí na velké množství malých, na sobě nezávislých, výpočtů.

Funguje to na principu server- klient. Autor projektu nastaví server, dá mu data, a co s nimi potřebuje udělat a zájemce si nainstaluje klienta a připojí se k nějakému projektu a klient sám začne stahovat a počítat.

Když píšu „k nějakému projektu“, tak tím chci říct, že už dávno nejsou distribuované výpočty jenom pro hledaní marťanů – zájemce může pomoci s hledáním prvočísel, výzkumem lidské DNA, nových léků apod. Jeho samotného to vůbec neomezí, bude si na svém počítači dělat běžnou práci (i zábavu) a nainstalovaný klient bude tiše počítat a zájemce tak pomáhat vědeckému výzkumu.

Chcete se přidat a také pomoci? Jste studenti přírodních věd, ale ještě nejste profesoři oboru, přesto můžete tímto způsobem výzkumu pomoci! Stačí si do svého domácího počítače nainstalovat klienta, připojit se k nějakému projektu a je to. Neměl by vám odčerpat moc vašich zdrojů, protože systém začne počítat, když je počítač málo vytížený.

Nejdříve si stáhněte  program BOINC a nainstalujete ho do svého počítače. Možnost stažení je na adrese http://boinc.berkeley.edu/download.php , ale také, s volbami pro Váš operační systém zde: http://www.czechnationalteam.cz/download.php . Ostatně celý web http://www.czechnationalteam.cz doporučuji, neboť je to česká stránka pro distribuované výpočty obsahující seznam projektů, diskusní forum, statistiky apod.

Budete-li mít problém s instalací, tak doporučuji návodný článek na jejich webu : http://www.czechnationalteam.cz/view.php?nazevclanku=instalace-boinc-a-pripojeni-do-projektu&cisloclanku=2006100004

Po stažení si vytvoříte a pojmenujete svůj účet a s ním se připojíte k již existujícímu teamu dle seznamu: http://www.czechnationalteam.cz/view.php?cisloclanku=2006100002 .

Připojení k teamu není povinné, ale tím vaše práce pomůže ostatním a oni vám. Přírodovědecká fakulta tam má též svůj miniteam, tak neváhejte a přidejte se k nám!

Ihned při prvním spuštění BOINC managera na vás vyskočí okno k přihlášení se do některého z projektů. Seznam i s popisky najdete na http://projekty.czechnationalteam.cz , kde jsou projekty děleny dle oboru. Já vám zde vypíši pár přírodovědně relevantních tipů:

 

1) Biochemical Library

Za pomocí výpočetních a experimentálních programů objevují proteiny, základní molekuly a jejich interakci s malými molekulárními substráty, v terapii atp. Mají tři základní cíle:

1) umožnit objasnění struktury membránových proteinů a makromolekulárních komplexů, jako jsou vir kvůli vhodné léčbě,

2) navrhnout proteiny s novou strukturou a / nebo navrhnout funkce pro objevení nových přístupů, cest v proteinové léčbě a prohloubit vědomosti o vzniku bílkovin,

3) pochopit vztah mezi chemickou strukturou a biologickou aktivitou, aby  se daly navrhovat efektivnější a více specifické léky

Aktuálně (zima 2011)  řeší problematiku neurodegenerativních poruch a nemocí, včetně schizofrenie, Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby, pochopení vazeb antidepresiv na neurotransmitery, srdeční arytmii atd.

 

2) Cels@home

Projekt se zaměřuje na výzkum soudržnosti buněk.

Jedním z mnoha využítí výsledků v této oblasti, je pomoc ve výzkumu rakoviny. Měl by pomoci při řešení rozšiřování rakoviny v těle, které se děje právě uvolňováním části napadených buněk. Právě toto uvolňování a přesun buněk rozšiřuje rakovinu v těle a dělá tak léčbu i průběh nemoci mnohem složitější a zákeřnější.

Projekt je přímým následovníkem projektu Cels (old).

 

3) Correlizer

Zkoumání genomů pro diagnostiku a léčbu nemocí; výzkum se týká analýzy genetických sekvencí.

 

4) DNA@Home

Cílem DNA@Home je zjistit, co reguluje geny v DNA. Všimli jste si, že kožní buňky se liší od svalových buňek, které jsou odlišné od kostních buňek, a to přesto, že každá buňka v těle obsahuje všechny geny z genomu? To je proto, že né všechny geny jsou na celou dobu. V závislosti na typu buňky a co má daná buňka za úkol, je jen podmnožina genů použitá, a zbytek genů jsou vypnuté. DNA@home používá statistických algoritmů k zjištění klíče k této rozdílné regulace buňek.

Aktuálně: CZC ve spolupráci s Czech national team (CNT) vyhlásili soutěž pro školy (za přispění MŠMT), která probíhá od října 2011 do května 2012. PřF UK není zapojena.

Na webovém fóru CNT v sekci BOINC a univerzity zmínka o zapojení 9 měsíčního projektu ze strany MFF, ale to bylo v roce 2007. Ve výpisu uživatelů je z roku 1999 „czech demography“ s přístupovou adresou natur.cuni.cz.

 

5) Docking@Home

Projekt se soustředí na spojení malých molekul bílkovin. Nejvíce se zaměřuje na detaily vazby ligandu na bílkovinu, což by mělo pomáhat při vývoji nových experimentálních léků a zkoumání reakcí důležitých bílkovin na ně.

Za projektem stojí Texaská univerzita El Paso a Scripps výzkumný ústav (TSRI).

 

6) DrugDiscovery@Home

DrugDiscovery je výzkumný projekt, který se snaží modelovat sloučeniny, který by mohly být využity při výrobě nových léků. Projekt je v alfa fázi a nemá formální vztahy s vysokými školami ani s farmaceutickým průmyslem.

 

7) Genetic Life

Slouží k výzkumu genetických algoritmů. Zkoumá vývoj genetických systémů založených na (zatím) jednoduché sadě instrukcí. Vychází z původního projektu od Mark W J Redding.

 

8) GPUGRID/PS3GRID

studium charakteristiky biomolekul, jejich vzájemné ovlivňování a dynamické chování. K výpočtům budou použity různé metody pro popis biologických problémů v atomických, molekulových i nadmolekulárních systémech.

 

9) MindModeling@Home

Projekt se zabývá modelováním lidské mysli. Pomocí výpočtů se snaží lépe porozumět lidskému mozku a procesům učení.

 

10) mopac@home

Projekt mopac@home byl založen v německém výzkumném centru pro environmentální zdraví HelmholtzZentrum München. Vychází z projektu CADASTER, který je financován 7. rámcovým programem EU (FP7) pro výzkum a vývoj, jehož cílem je poskytnout systém pro podporu a rozhodování (DSS - Decision Support System) pro posouzení nebezpečí a rizik čtyř tříd chemických látek.

Základní filozofie projektu je především minimalizace nákladů a času a rovněž minimalizace testování na zvířatech a za tím účelem budou vyvinuty a validovány modely QSAR. Tyto modely vyžadují solidní znalostní databázi, která je primárně založena na znalostech spolehlivých struktur pro chemické sloučeniny.

To umožní právě částečně empirická qvantová chemie programu MOPAC.

 

11) poem@home

projekt snaží zkoumat biologicky aktivní strukturu bílkovin, porozumět signálním mechanismům mezi bílkovinami a nakonec také porozumět nemocem vycházejícím ze špatných funkcí proteinů. Díky trojrozměrnému modelování struktury bílkovin, se budou snažit pomoct i při vývoji léků.

 

12) QMC@Home

Kvantová chemie se zabývá předpovídáním molekulárních informací s velkou přesností. Ovšem pro řešení těchto kvantově chemických rovnic pro větší systémy je potřeba obrovského množství výpočetního výkonu.

QMC@Home je tedy projekt pro zapojení co největšího množství dobrovolně vložené výpočetní kapacity do výpočtů pro výzkum v kvantové chemii.

 

13) Rosetta@home

Projekt se zabývá vývojem léků proti rakovině, ale i jiným chorobám souvisejícím s DNA a funkcí proteinů. Vědci z desítek tisíců lidských proteinů totiž podrobně znají funkci pouze omezeného počtu z nich. Jelikož však již známe kompletní lidský genom (tedy posloupnost nukleotidů a genů), úkolem projektu je na jeho základě vypočíst tvar a z něho přímo vyplývající funkci těchto proteinů v našem organismu. Výsledky jsou zdarma odevzdávané do obecné vědecké databáze, z které můžou čerpat všechny výzkumné týmy ve světě. Velká databáze proteinů se známým tvarem a funkcí umožní mnohem rychlejší vývoj účinných léků.

 

14) SIMAP

SIMAP je databanka, kde jsou uloženy podobnosti všech dosud známých proteinových sekvencí. Projekt Simap se zaměřuje na analýzu již známých proteinů a zkoumá podobnost jejich funkcí. Předpokládá se totiž, že proteiny s podobnou sekvencí, budou mít i podobnou funkci. Tímto porovnáváním se ušetří nejen spousta peněz které by stál výzkum všech proteinů, ale také by byl tento výzkum časově natolik náročný, že by nebylo prakticky možné jej zvládnout.

 

15) UH Second Computing

Jedná se o proces simulace vzájemných vlivů v žijící buňce. Pomocí multi-scaled modelů se vyhodnocuje vzájemná biopolymerní dynamika na základě několika vlivů v čase a prostoru. Pomocí distribuovaných výpočtů lze tak provádět velké simulace, které by za pomoci standardních nástrojů nebyly možné.

 

16) Virtual Prairie (ViP)

Porozumění strategie klonování rostlin v komplexních ekologických systémech.

 

17) OCN

Projekt se zabývá detekcí šíření seismických vln. Je momentálně určen pro notebooky, které mají v sobě akcelerometr. Laicky řečeno takové, které poznají že jim hrozí pád a podle toho se zařídí typicky tím, že zaparkují hlavičky od disku. Uvažuje se i o detektoru, který by byl v podobě USB zařízení pro domácí stanice. Podstata projektu je v tom, že takováto zařízení jsou ve větším počtu rozprostřena na velkém prostoru a data z nich unikátní. Projekt lze provozovat zárověň s jiným BOINC projektem, jelikož si pro samotnou práci vezme jen část z výkonu CPU.

 

18) Clean Energy Project

Projekt je zaměřen na oblast výroby a ukládání čisté (zelené) energie. Projekt se snaží prostřednictvím chemie pomoci při výzkumu a vývoji nových materiálů, které by efektivněji zpracovávaly sluneční záření. Dále by chtěl pomoci v oblasti ukládání této energie v době kdy je jí dostatek a naopak efektivně ji pouštět kdy je jí nedostatek. Projekt se bude snažit hledat ty nejvhodnější molekuly pro výrobu fotovoltaických článků, aby se zlevnila jejich výroba a byly tak daleko lépe dostupné a využitelné. Projekt je zpracováván jako podprojekt projektu World Community Grid.

 

19) Hydrogen@Home

výzkumný projekt, který chce prostřednictvím BOINC provádět výzkum v oblasti výroby a zpracování vodíku.

 

 

Na závěr si dovolím malé varování: neinstalujte si systém do počítače na fakultě. Jednak byste v takovém případě měli zažádat vedení o povolení, ale hlavně kvůli osobním účtům počítačů, které jsou pod správou adminů, je zdárné připojení se k BOINC manageru a spuštění počítání složité.

 

 

 

Radka Lukášová | agenda Elektronických informačních zdrojů
Oddělení podpory vědy PřF UK, Tel: +420 221 951 588
radka.lukasova@natur.cuni.cz

 

Přihlásit se k odběru Comments for "DISTRIBUOVANÉ VÝPOČTY aneb jak může student pomoci s vědeckým výzkumem" Přihlásit se k odběru Studentský web - All comments
Toto dílo je licencováno podle licence Creative Commons 3.0 Česká republika: Uveďte autora. Neužívejte dílo komerčně. Nezasahujte do díla.

Creative Commons License      Běží na Drupalu, open-source redakčním systému

Web je provozovaný Studentskou komorou Akademického senátu Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze.