Не просто игры: как WoW, EVE и Unreal помогают учёным?

Буквально вчера, 12 апреля, мы отметили день космонавтики — дату, когда первый человек оказался на орбите Земли. Событие, прямо скажем, символическое: даже если вынести за скобки гонку технологий, космические программы что в США, что в СССР изрядно напрягли умы и силы талантливейших учёных. Но сейчас мы живём в эпоху, когда помогать научному прогрессу может в прямом смысле каждый. Причём играючи, не вставая из-за компьютера.

Хьюстон, у нас нет проблем

Это действительно напоминает игру. Надвинув на глаза HTC Vive, парень выписывает контроллером «авада кедавру» и исследует локацию, созданную при помощи знакомого геймерам Unreal Engine 4. Но от развлечения здесь только технологии. На деле всё куда серьёзнее: так выглядит один из тренажёров для сотрудников NASA, где можно подёргать МКС за рычажки и покрутить ей вентили. Игровые технологии использует не только агентство США, но и российский центр подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина. Там компьютерный стенд помогает разобраться в бортовых системах и отладить взаимодействие в группе.

Такая дружба двух реальностей — виртуальной и космической — закрепилась не вчера. Когда системы VR вроде «Дамоклова меча» занимали целые комнаты и чертили примитивные фигурки, на них уже тренировались пилоты и астронавты. А пока очки Virtual Boy от Nintendo выедали глаза западной молодёжи, NASA использовало свои шлемы — разве только более технологичные. Что не отменяло тех же побочных эффектов. Тошнит? Кружится голова? Отлично, прямо как в невесомости.

Вот и сегодня, после бума VR последней декады, это незаменимое подспорье для исследователей космоса. Ведь шлемы стоят по несколько сотен долларов, что явно дешевле системы стен-проекций CAVE или макета станции для отработки экстренных ситуаций. Да и управлять роботами проще — не забывайте, на МКС их столько, что героиня NieR: Automata и за неделю не нашинкует. От крана, на котором вертелась Сандра Буллок в «Гравитации», до напичканных электроникой колобков SPHERES. Чтобы избежать перегибов на местах, контролируется эта робофауна с Земли, в том числе при помощи виртуальной реальности.

Однако подобное оборудование нужно не только диспетчерам. Летом 2015-го глава компании SpaceX Илон Маск планировал доставить на орбиту комплекты HoloLens, но ракета Falcon 9 взорвалась после старта. Только со второй попытки гаджеты достигли МКС. Зачем они на орбите? Да хотя бы из-за режима «удалённого эксперта», в котором сотрудник NASA на Земле смотрит на предметы глазами астронавта и даёт подсказки — будто в какой-нибудь RPG.

Впрочем, для освоения космоса вовсе не обязательно проходить изнурительную подготовку и блевать себе за шиворот на центрифуге — хватит компьютера, подключённого к Интернету. И ещё MMORPG EVE Online, куда разработчики загрузили настоящие астрономические данные: проходишь мини-игру и помогаешь искать планеты за пределами нашей системы. Их ведь никто не видит напрямую, как вошь в микроскопе — дальние родственники Земли прячутся за цифрами, описывающими поведение звёзд. Но если упаковать расчёты в задание одной из фракций игры, подключатся сразу десятки тысяч добровольцев.

За примером успеха таких проектов исландским разработчикам из CCP Games далеко ходить не пришлось. Без малого 20 лет обыватели вроде нас с вами помогают астрономам фильтровать информацию, на лабораторную обработку которой ушли бы столетия. Так, в 2000-м NASA пригласило публику инвентаризировать кратеры на Марсе, а позже — сосчитать пылинки со снимков зонда Stardust.

Авторы Galaxy Zoo придумали совсем уж простенькое развлечение: фасовать галактики с фотографий телескопа «Хаббл» по ячейкам соответствующей формы. Спиральную — сюда, эллиптическую — туда, а тут у нас, смотрите-ка, двойная. Это кажется игрой для младенцев — сродни укладыванию кубиков в квадратные отверстия, а шариков — в круглые. Но оказалось, что даже здесь люди справляются лучше компьютеров. Сто тысяч участников помогли разложить по полочкам более 40 миллионов объектов за первые же полгода после релиза. Даже для крупных научных центров это фантастический результат.

Самое интересное, что для участия не нужно быть семи пядей во лбу: включаешь комп и «ракуешь» себе потихоньку в межзвёздном пространстве. Правда, премий за наблюдательность по итогам квартала тоже никто не выпишет, зато есть другие бонусы. Например, именем участницы Galaxy Zoo, простой школьной учительницы из Нидерландов Ханни ван Аркель, была названа спиральная галактика IC 2497. Теперь это официально «объект Ханни». А где твоя галактика, юзер?

Ну-ка все вместе

Достижения Galaxy Zoo были бы невозможны без концепции «гражданской науки», по которой генерировать знания может вообще кто угодно. Сейчас вклад в науку вносят такие индивиды, что и школу-то не окончили, но в массе помогают решать сложные проблемы. Если киберпанк — это низкий уровень жизни при высоких технологиях, то гражданская наука — это высокие технологии при низкой квалификации. Хотя дирижируют оркестром, естественно, люди со степенями.

О гражданской науке заговорили в середине 90-х с подачи Алана Ирвина из США и Рика Бонни из Великобритании. Оба учёных описали эту систему, как соответствующую двум критериям: исследования отвечают на запросы обычных граждан, а граждане создают научные данные. Но только сейчас развитие технологий позволило развернуться по полной. Угля в топку подбросили, как ни странно, онлайн-игры: поводом к экспериментам с геймерами стала ошибка «Дурная кровь» в World of Warcraft в сентябре 2005-го. Тогда участники рейда «Зул'Гуруб» получили от босса Хаккара мощный дебафф, который спорадически разнёсся по миру игры... что породило эпидемию, панику, опустение городов и своего рода карантины. Поведение пользователей оказалось настолько правдоподобным, что инцидент привлёк внимание эпидемиологов.

Они пришли к выводу, что онлайн-игры отлично симулируют распространение инфекции. По замечанию доктора Гэри Смита из Пенсильванского университета, «очень немногие математические модели учитывают такой фактор, как поведение заражённых, зато здесь он задан без формулы — действиями самих геймеров». Следующее поветрие в виде зомби-чумы, охватившей WoW в 2008-м, было уже намеренным, и лишь подтвердило удобство MMORPG как платформы для моделирования реальных ситуаций.

Но задачи с большим объёмом данных касаются не только звёзд, планет или стран — учёные при содействии геймеров ворошат и кирпичики, из которых выстроена жизнь. Представьте себе схему станций метро, где каждый маршрут нужно сделать кольцевым, заодно соединив ветки между собой. Не хватает двух измерений? Используйте три. Похожим образом сворачиваются молекулы белка в нашем организме — этот процесс называется фолдингом. Только, в отличие от метро, счёт белков идёт на миллионы, и каждый замыкается по-своему. Для компьютера пути такой сборки неисповедимы: машина по очереди перебирает все варианты, включая нелепые — образно выражаясь, предлагает вам добираться с Белорусской на Речной вокзал через Котельники. Зато человек, подключив воображение, собирает молекулу более осознанно. Что и заметили биохимики из университета Вашингтона в Сиэттле, запустившие онлайн-игру Foldit, где можно почувствовать себя инженером жизни.

Свернули мы загогулину — дальше-то что? Одно дело — модель на экране, и совсем другое — как оно происходит в действительности, ведь неправильный фолдинг белков приводит к болезням. Варианты сборки молекул разработчики Foldit назвали «рецептами», разрешив пользователям делиться ими между собой, чтобы определить самые популярные и проверить их в лаборатории. Так «фирменное блюдо» Blue Fuse 1.1 получило научное подтверждение — хотя создавший его геймер ни в зуб ногой по биохимии, белок по рецепту собрался как надо. С 2011-го Foldit переключилась на проблемы, связанные с ВИЧ — результат опять же не заставил долго ждать: соединение, над которым учёные потели 15 лет, игроки собрали за три недели.

Успех Foldit вдохновил других исследователей, уверовавших в силу гражданской науки. А поскольку сборка белков — не единственная загвоздка биохимии, комплексных задач здесь хватает, и решаются они порой самым нетривиальным образом. Скажем, на экране два ряда из цветных кубиков — оба надо двигать так, чтобы получить как можно больше совпадений по цветам. Голубой кубик над голубым — хорошо, голубой над зелёным — плохо, но полное совпадение двух линий в принципе невозможно, шевеля либо целым рядом, либо отдельными его сегментами, можно выбить 5–6 из 10. Таков геймплей Phylo — пазла, разработанного в университете Макгилла в 2010-м году.

Чепухой игра кажется только на первый взгляд. Если вы не прогуливали биологию в школе, то знаете, что всё разнообразие жизни поддерживают четыре азотистых основания — аденин, гуанин, цитозин и тимин. Их комбинации в генах и делают муравья муравьём, человека — человеком, а вирус — вирусом. Теперь представьте те же основания в виде кубиков разных цветов. Как вы найдёте болезнь на уровне молекул? Нельзя ведь просто так посмотреть на цепочку ДНК и сказать «о, да у вас волчанка» — нужно сравнивать гены кусочек за кусочком. Чем и занимаются участники проекта, заодно обучая университетский сервер выгодным тактикам. Phylo решает кучу проблем — тут и нарушения обмена веществ, и болезни нервной системы, и порок сердца. Хотя на вид проще некуда: знай себе двигай пятнашки.

Гены генами, но одно из самых сложных устройств на Земле — это мозг человека, состоящий из ста миллиардов нервных клеток. И чтобы разобраться, как они работают, необходима схема: где какой нейрон торчит, куда дендриты свои распускает и какие сигналы проводит. Однако для распутывания столь сложного клубка у отдельных лабораторий кишка тонка — на каждый нейрон приходится тратить по двое суток. Поэтому в 2012-м году учёные из МИТ подключили к делу геймеров: поставляют им плоские снимки, а те встраивают их в объёмный пазл. Благодаря EyeWire игроки картировали уже более 700 нейронов, сэкономив тем самым 35000 часов работы исследователей — лиха беда начало.

По онкологии тоже вдарили геймплеем: экшен Play To Cure: Genes In Space и паззл Reverse The Odds помогают врачам классифицировать раковые опухоли — благодаря последнему удалось обнаружить более трёх миллионов образцов заразы. Подобных проектов много, но всё объединяет общая черта: подключиться может каждый, независимо от образования, возраста или «железа» на компьютере. Полчаса в день — и вы внесли вклад в науку. Или, как вариант, сохранили кому-нибудь жизнь. Пускай авторам этой продукции нечего привезти на E3, в определённом смысле она круче истребления вымышленных чертей на Марсе.

Скайнет на дому

Роман Лю Цысиня «Задача трёх тел» описывает живой компьютер из 30 миллионов солдат, размахивающих флажками: повернул флажок так — получил ноль, а этак — единицу. Датский учёный Якоб Шерсон из орхусского университета проделал нечто подобное с пользователями PC и доказал, что люди справляются с квантовыми вычислениями лучше компьютеров. Потому что квантовый мир — сложная штука: здесь есть понятие суперпозиции, когда одна и та же частица находится одновременно в двух местах. Но этот же принцип можно использовать и в вычислительной технике: заставить компьютер оперировать не только единицами и ноликами, но ещё и считать один бит и единицей, и нулём одновременно — это называется кубит.

А пока квантовый компьютер существует только на бумаге, за него отдуваются игроки. В Quantum Moves Шерсон предложил двигать частицы при помощи виртуального лазерного манипулятора — так, как это делала бы машина. В 2012 году игра была впервые протестирована в нескольких школах Дании, а сегодня её можно найти в AppStore и Google Play. «Мы показываем, что обычные геймеры добиваются успеха там, где чисто цифровая оптимизация пасует, — поведал разработчик журналу Nature, — а анализ их решений даёт нам модель оптимизации более глубокого и общего характера».

Конечно, намного логичнее конструировать суперкомпьютер не из людей, а из «железа» — обрабатывать данные, используя гаджеты по всему миру. Скажем, перед вами стоит задача — настолько сложная, что лабораторный комп будет решать её, пока не выйдет Half-Life 3. Что вы делаете? Разбиваете вычисления на маленькие операции и рассылаете их на тысячу-другую обычных компьютеров. Это называется «распределённым вычислением». У него мало общего с игрой, но одно другому не мешает: катаете партию в Dota 2, а на фоне машина ищет лекарство от рака.

Тянет поучаствовать? С 2002 года работает платформа BOINC, созданная в Калифорнийском университете Беркли — поначалу через неё сотрудники SETI разыскивали «зелёных человечков», но теперь можно выбрать проект себе по вкусу. Хочешь сделать вклад в исследование гравитационных волн? Гадаешь, когда там ледниковый период, или манит бездна адронного коллайдера? Установил клиент — и лёд тронулся.

Живым же участникам BOINC отводит роль пассивных наблюдателей: никому не нужен ваш острый ум, а используется лишь «железо». Вот почему добровольные вычисления мутируют в формат игры. Так вы можете действительно приложить руку к научному открытию, а не просто сдать компьютер в неоплачиваемую аренду. На фактор азарта обратили внимание и разработчики уже упомянутой Foldit: таблица лидеров здорово подстегнула соревновательный дух и привлекла новых участников.

Пусть никого не смущает, что все проекты такого рода — западные. Потому что не бывает российской, американской или, скажем, китайской науки — знания служат всем. Посмотрите на МКС: международные экипажи, оборудование из разных стран, а в недавно вернувшейся на Землю пятидесятой экспедиции — двое космонавтов из России. Точно так же, сообща, человечество решает и другие задачи, стоящие перед ним. И с этой точки зрения нет ничего удивительного в использовании игровых технологий, сборе данных в развлекательной форме — для людей, которым некогда вникать в формулы, это преимущество. А для учёных преимущество в том, что мудрость толпы сводит их некомпетентность на нет.

Автор текста: Александр Бурсов