“从 SETI@home 到原始人类化石:公众虚拟科学打造研究新景观”的版本间的差异

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<big>'''From SETI@home to Hominid Fossils: Citizens' Cyberscience Reshapes Research Landscape'''</big>
 
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Spawned by SETI@home, BOINC is now the template for a slew of "Citzens' Cyberscience" ventures.
 
Spawned by SETI@home, BOINC is now the template for a slew of "Citzens' Cyberscience" ventures.
 
Credit: The University of California]]
 
Credit: The University of California]]

2013年12月3日 (二) 22:26的最新版本

From SETI@home to Hominid Fossils: Citizens' Cyberscience Reshapes Research Landscape

从 SETI@home 到原始人类化石:公众虚拟科学打造研究新景观

<资料来源:The Planetary Society>

Amir Alexander 发表于 2008 年 1 月 15日


SETI@home 的最初,由美国行星协会资助,首次大规模的志愿者计算项目于1999年开启。几个月后,全球各地数以百万的志愿者参与到该项目,组成了最强大的计算机网络。其它项目也随之而来,从寻找最大的素数到蛋白质折叠分析。


BOINC logo
Spawned by SETI@home, BOINC is now the template for a slew of "Citzens' Cyberscience" ventures. Credit: The University of California

之后,在 2002 年,SETI@home 的主管 David Anderson 推出了 BOINC(伯克利开放式网络计算平台)。取代了各个项目使用各自的平台,使不同项目的志愿者可以结合起来,共同分享BOINC平台。志愿者不再麻烦于单一项目,他们可以根据自身的志愿对 BOINC 下不同的项目分配他们的计算资源。


但刚从伯克利空间科学实验室的 SETI@home 总部下来,一个另类的想法正在形成。行星科学家 Andrew Westphal 正在设法找出一个有效检测由星尘号飞船收集回来的星尘颗粒。他发现,电脑并不能精确找到这难以捉摸的星尘粒子。而经过训练的人眼却可以。唯一的问题是,没有一个单一的人希望去观察数以百万计从显微镜扫描出来的所有收集块,并保证他/她的脑袋没坏掉。。Anderson 和 SETI@home 的首席科学家 Dan Werthimer 在通过几扇门后获得灵感,Westphal 惊讶的问道:“是否可以利用成千上万志愿者的眼睛,就像 SETI@home 利用他们的计算机CPUs。


利用志愿者的电脑计算转换成这种新模式并不容易,它需要志愿者的积极参与。但在 Anderson 的密切合作还有行星协会的支持下,Stardust@home 于2006年8月启动。伴随着 NASA 的 Ames 项目 ClickWorkers(这个项目致力于编目火星上的火山口)Stardust@home 作为以通过网络让公众成员捐献大脑能力而并非计算机时间的第一代科学项目为代表,意义重大。


在伯克利空间科学实验室,该显创意得到的反馈并未结束。Westphal 起初有感于 SETI@home 的成功而开展了 Stardust@home,并且得到青睐。正如 SETI@home 催生了 BOINC,Anderson 考虑是否为 Stardust@home 带来自己的通用平台?只有在这种情况下,新的平台将有可能使得志愿者利用自己的头脑和技术来支持科学项目,代替现时的全由计算机工作的协助项目。


Anderson 和他的研究小组随即采取行动,并在数月内开发一个提供给类似于 Stardust@home 的协助项目的平台原型。他们称之为:“Bossa”,“ 伯克利开放式技能汇聚系统”(伯克利开放式技能协助系统,这样好像易懂一些。。)。Bossa 在许多方面类似于 BOINC,它利用了所有 BOINC 的社会功能,包括积分、竞赛、小组、以及留言板。它不同于 BOINC 的志愿者计算机协助项目,Bossa 是“志愿者技能协助”。Anderson 的理由是,有许多重大科学项目,有可能受益于非专业公众的智力与技能的协作。但现在实际上能利用这种方法的却是很微小。Bossa 将改变这一状况,使它很容易的为科学家开展公众参与的项目,还提供一个现成的热忱志愿者聚合地。根据 Anderson 所述,新平台的下一步他称之为 "Citizen Cyberscience"(公众虚拟科学?)


Africa from space.
The image is a mosaic of observations taken by ESA's Envisat satellite in May, 2004. Credit: ESA

Bossa 仍处于开发阶段,不过其第一个项目已经准备启动了。AfricaMap 是由一家在 Kumasi,Ghana 的合资科技大学和日内瓦大学共同设计的项目,目的是审查非洲大陆的卫星图像。志愿者加入 Africamap 后将获得非洲偏远区域的高分辨率图像,通过仔细查看找出哪些地图不存在或者已经过时。他们的任务是将道路、河流、村庄等的精确位置标记出来。通过协助努力,以帮助贫困地区和记录全球暖化对非洲大陆的影响。据 Anderson 说,Africamap 项目将在线持续数月。


而 AfricaMap 将是 Bossa 的首次重大考验,同时 Anderson 已经安排好了其它项目排队等候进入 Bossa 的大家庭。另外,他特地告诉我们他非常兴奋的一个尚未命名的项目,任务是寻找人类起源,这类科学研究将第一次让公众参与。在埃塞俄比亚港口的 Awash 流域,是世界上原始人类化石最丰富的地方之一,时间可追溯到400多万年前。在1974年,古生物学家正是在这里发掘出最完整的原始人骨骸。并命名她为 “Lucy”。在那里每年雨季,雨水都会冲走流域顶部表层的土壤,使被掩埋在下方的新化石展露出来。古生物学家在 Awash 盘地寻找着冲刷后残留的远古人类祖先的化石。但是提供寻找时间很短:在下次大雨或者沙尘暴的土壤冲蚀后,化石就会被掩盖。因此,即使最勤快的化石猎人在暴露的化石盘地被泥土和尘灰覆盖前也只能搜索一小部分,而之后就永远失去了进一步的调查机会。


"Lucy"
Found in the Awash Valley, Lucy remains the most complete hominid fossil recovered from Africa. She is approximately 3.2 million years old. Credit: The Houston Museum of Natural Science

不过,当 Bossa 项目启动后,这将可能改变。根据计划,研究人员将使用低空飞行的无人驾驶飞机对被大雨冲洗后暴露化石盘床立刻进行扫描,获得高分辨率图像。通过 Bossa,这些图像将立刻发送给全球的志愿者让他们在自己的电脑上进行仔细查找。正如 Stardust@home 的志愿者受过训练后查找星际尘埃颗粒,新项目的参加者将得到培训以在图像中发现原始人类化石,标记其位置,并向项目总部返回结果。通过这些结果,古生物学家将能削减现在只能寻找一小部分化石区域的时间。通过掌握完整的化石盘床概貌,古生物学家将直向最有希望的化石地区,并在它们被泥土掩埋之前得到进一步的研究。通过 Bossa 志愿者数以千计的眼睛为埃塞俄比亚的一个小团队网站提供协作,新项目将从根本上改变了原始人类化石的收集。项目没办法告知能有多少珍贵的化石将被保存,但他们可以告诉我们,通过这种方式,将对我们的起源和祖先有更深的了解。


如 Africamap 和原始人类化石收集项目,正在密切仿照 Stardust@home,利用志愿者辨认高解析度图片细节特征的能力。但是,尽管计划在 Bossa 实验平台运行这些项目,Anderson 更进一步的想更综合的利用志愿者的技能和智力。他的重点将对于由华盛顿大学开办的利用志愿者计算机分析蛋白质折叠的已经在 BOINC 下运作良好的项目 “Rosetta@home”。我们知道蛋白质是长串的氨基酸,它不同的组合构筑形成了生命体。然而,蛋白质为了能达到它们的功能,必须自发的几乎瞬间非常精确的折叠自己。这个过程在生物系统内可靠地不断重复着,而这必要的过程仅仅是我们所了解生命的一小小部分。Rosetta 的科学家正利用志愿者提供的计算机资源模拟不同蛋白质“最低能力状态”的折叠形态,从而更深的了解它们。


然而从结果看来,并非唯有电脑才能确定理想折叠状态。有些人更善于并且比电脑做得更好。这些独特而老练的技能能否通过电脑让志愿者进行协作?Anderson 和他的伙伴相信在 Rosetta 上是可行的。他们正在共同设计一个在线视频游戏,不同的参与者彼此为寻找最低能量折叠形态而进行竞赛。如果游戏受到欢迎,他们希望以此吸引那些拥有熟练技术的独特的人来进行这复杂的任务。Anderson 说道:“Bossa 的所有工作和不同的应用‘使我非常兴奋’,‘这就像 BOINC 成立当初一样’。试图寻找一个单一通用平台来进行不同的应用。”


Installing the 7-Beam Receiver at Arecibo, April 2004.
With the new receiver SETI@home is collecting 500 times as much data as previously. Credit: NAIC - Arecibo Observatory, an NSF facility.

那么对于今天所有公众虚拟科学(citizens' cyberscience)项目的鼻祖 SETI@home 是怎样的呢?它依然强大,并不断为寻找地外文明而扩大其能力。在过去几年,SETI@home 已经使用了在阿雷西博射电望远镜上新的多波束接收器来收集数据,代替了1999年所启用的旧的单波束接收器。这意味着项目可以更快更有效率的扫描天空,因为它可以同时对7个不同的目标进行扫描。此外,新的硬件设备也投入到位,更为灵敏的接收器将可以比以前大40倍的频段进行搜索。如此,新的 SETI@home 将比以往获得500倍的数据,大约每天300GB,每年100TB。根据项目科学家 Erik Korpela 所说,有关数据存储于美国国会图书馆…


回顾历史,SETI@home 仍然是最大的公众参与科学的项目。全球有170,000名活跃志愿者运行着320,000台电脑。但面对如此大量的数据等待处理,项目方正寻找更多的志愿者参与这项搜索行动。Werthimer 说道:“新一代 SETI@home 将比以前所有工作的强大500倍,这意味着比起上一代 SETI@home,我们将有500倍的可能寻找到外星人!”


从 SETI@home 的计算机协助到 Rosetta 的尖端电脑游戏,Anderson 对于公众虚拟科学(Citizens' Cyberscience)的未来前景很有希望。他说:“而长远的问题是如何把想法推广。”他解析道:传统上,前沿科学家在实验中指导着技术要求非常高的部分,需要丰富的知识和先进的想法,而他们的助手却从事于简单而平凡的任务。但随着公众虚拟科学(Citizens' Cybersciene)开展,公众将逐渐承担先进和复杂的任务。Anderson 惊讶的说:“公众能参与到多前沿科学研究去?”而答案,大家都在猜测。但随着新一辈的志愿者把公众不断推向前沿科学,可以清楚的看到,这还没有受到限制。


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