Журнал «Компьютерра» № 3 от 24 января 2006 года - Компьютерра

9 января закрылся один из крупных проектов распределенных вычислений — Find-a-Drug.org, который был создан в апреле 2002 года для компьютерного моделирования новых лекарств.

За прошедшие почти четыре года он так и не стал лидером среди систем распределенных вычислений по числу участников (в рекордсменах ходят [email protected] со своим поиском радиосигналов инопланетян, и Grid.org, моделирующий лекарства от рака). Тем не менее FaD удалось привлечь достаточное количество энтузиастов, чтобы несколько лет обсчитывать серьезные задачи.

Напомним, что суть компьютерного поиска новых лекарств состоит (упрощенно) в следующем. Ученые-медики составляют список «мишеней», которые нужно поразить. Как правило, это белки, чьи молекулы очень велики и имеют сложную трехмерную структуру. Ученые знают, что эти белки играют ключевую роль в заболевании, и предполагают, что если к ним присоединить другую молекулу, их свойства изменятся и развитие болезни в организме остановится. Далее берется огромная библиотека моделей химических веществ-кандидатов и моделируется их взаимодействие с белком-мишенью. Специальные алгоритмы оценивают, насколько прочно молекулы могут соединяться с мишенями, и если этот показатель достаточно велик, значит, реакция возможна и в реальном мире.

Подобное моделирование можно вести с разной точностью, но в любом случае оно требует гигантских вычислительных ресурсов. Find-a-Drug использовал в своей работе симуляционный алгоритм THINK, аналогичный проекту GRID.org, но оптимизированный под свои задачи. В разное время просчитывались белки, участвующие в развитии малярии, СПИДа, рассеянного склероза, некоторых форм рака, болезни Кройцфельда-Якоба (коровьего бешенства) и атипичной пневмонии.

Всего в проекте было обработано 250 «мишеней», для поражения которых на машинах участников было проверено более 68 млрд. реальных и пока еще не созданных молекул. 330 млн. молекул показали возможность реакции с белками, так что для лабораторных экспериментов в реальных пробирках очерчено достаточно широкое поле. Ранее администрация Find-a-Drug сообщала, что контрольные проверки моделированных данных в лабораториях «значительно превосходили ожидания».

Закрытие проекта вызвано необычной причиной. У медиков закончились данные, и они, цитируем: «…пришли к выводу, что у нас недостаточно заслуживающих внимания целевых белков, чтобы оправдать продолжение вычислений в 2006 году. Опыт показывает, что для других белков найти партнеров, заинтересованных в результатах исследований, будет очень сложно». Интересно, что к моменту закрытия FaD российская команда стала самой многочисленной. Подробнее о ее достижениях и других инициативах распределенных вычислений, можно прочесть на сайтеwww.Distributed.ru. — В.Н.

Каждой пылинке -по имени

15 января в пустыне Юта, закончив свой семилетний полет, успешно приземлилась капсула американского зонда Stardust. Этот проект NASA преследовал две главные цели: сбор фрагментов пыли из хвоста кометы Wild-2 и образцов межзвездного вещества. После долгого путешествия бесценные частицы хорошо бы сразу отправить на алтарь науки, да не тут-то было. Если с относительно крупными и многочисленными кометными фрагментами все просто, то частицы межзвездной пыли очень малы и редки, извлечь их из ловушки — задача нетривиальная.

Вещество, которое послужило космическим пылесборником, имеет губчатую структуру, и искомые образцы находятся, как полагают, где-то внутри. Возможно, современные технологии позволили бы все распылить в прах и отсортировать каждую пылинку, но достижения прогресса решено применить по-другому. Частицы будут искать через… Интернет.

Нет, это не вездесущий Google загодя подготовил новый головокружительный по своим возможностям сервис, да и другие известные игроки поискового интернет-поприща здесь ни при чем. На службу решено поставить методики, уже отработанные во многих проектах распределенных вычислений. Вот только места проникновения пыли внутрь материала участникам придется искать вручную, точнее, с помощью своих собственных глаз.

Видимо, формализовать задачу поиска на поверхности губки «пылевых» отверстий не удалось, и этот случай встал в один ряд с другими не вполне успешно решенными проблемами, связанными с автоматизацией распознавания визуальной информации. Автоматике доверят лишь сканирование всей площади пористого вещества, результатом которого станут 1,5 млн. фотографий. Каждый снимок отправят четырем участникам программы, а те будут тратить уже не время простоя своих ПК, а собственное свободное время для тщательного разглядывания снимков и поиска драгоценных пылинок. Сами устроители сравнивают такую задачу с поиском 45 муравьев на футбольном поле. Именно столько частиц ожидают найти, а вся работа оценивается в 30 тысяч человеко-часов. В награду нашедшему пылинку из космоса будет позволено дать имя… нет, не звезде или астероиду. Той самой найденной пылинке.

Естественно, что все открытия будут серьезно проверяться. Желающих принять участие сперва протестируют и отберут самых лучших. Если двое из тех четверых, кому было послано изображение, найдут на нем частицу, то фото отсылается еще сотне таких же добровольцев. Если из сотни человек хотя бы двадцать отыскали тот же след, то снимок отправляется для окончательного утверждения, и только после положительного завершения этой процедуры искомая частица будет извлечена из сфотографированной части материала, а первооткрыватель получит право ее поименовать.

Вот вам и высокие технологии. — А.Б.

Звезды сказали фа

Команде астрофизиков, координируемой из Макгиллского университета в Монреале, посчастливилось обнаружить пульсар, частота вращения нейтронной звезды которого достигает 716 герц. Этот новый рекорд среди пульсаров — прекрасный подарок теоретикам, несущий массу важной информации об основах мироздания и заставляющий ученых пересмотреть ряд сложившихся теорий.

Обнаруженный пульсар представляет собой систему из двух звезд — обычной и очень плотной нейтронной звезды. Последняя движется вместе со своей компаньоншей вокруг общего центра масс и быстро вращается вокруг своей собственной оси, излучая два конуса радиоволн из полюсов. Большинство пульсаров делает несколько оборотов в секунду, но некоторые (миллисекундные пульсары) вращаются гораздо быстрее.

Предыдущий рекорд частоты вращения для нейтронных звезд пульсаров — 642 герца — был установлен в 1982 году. По иронии судьбы это был самый первый из полутора сотен обнаруженных позже миллисекундных пульсаров. Поэтому астрономы поспешили развить теорию, которая объясняет, почему частота вращения пульсаров никак не может превышать семисот герц. Выше середины четвертой октавы, то есть примерно трех килогерц, ни один пульсар «петь» не может просто потому, что его разорвет центробежная сила. А вот чтобы снизить этот порог до семисот герц, потребовалось предположить, что небольшая асимметрия пульсара заставляет его излучать предсказанные теорией относительности гравитационные волны (до сих пор, кстати, так и не обнаруженные). Чем быстрее вращается нейтронная звезда, тем интенсивнее излучаемые ею волны тяготения. Потеря энергии на гравитационное излучение и должна замедлить вращение до заветных семисот герц. Теперь от всего этого и ряда других теорий придется отказаться.

Виновник торжества скептиков был назван скромно — PSR J1748-2446ad. Его диаметр, согласно оценкам, не превышает шестнадцати километров, а масса — около двух солнечных. Он был найден в шаровом звездном скоплении Terzan 5 вблизи центра нашей галактики. В шаровых скоплениях плотность звезд сравнительно высока, и поэтому велика вероятность образования двойных звездных систем. Радиоизлучение пульсара довольно слабое — почти половину времени нейтронная звезда заслоняется своей напарницей, поэтому его очень трудно обнаружить.

Тридцать три из известных миллисекундных пульсаров были найдены в скоплении Terzan 5. Теперь астрономы удвоят усилия в надежде найти там объекты, вращающиеся еще быстрее. Их изучение поможет лучше понять, как ведет себя материя в экстремальных условиях, и проверить самые основы наших физических представлений. — Г.А.

Свет приходит из Ливермора

Американские физики из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Массачусетского технологического института предложили еще один способ генерации когерентного светового излучения. До сих пор источником когерентных световых импульсов служили только системы со светоизлучающей активной средой, помещенной в оптический резонатор (собственно лазеры), и генераторы электромагнитных колебаний, излучаемых релятивистскими электронами (так называемые лазеры на свободных электронах).

Новый метод основан на физических эффектах, сопутствующих движению акустических ударных волн через кристаллические диэлектрики. Теоретические расчеты и компьютерная симуляция свидетельствуют о том, что при прохождении такой волны через твердую диэлектрическую среду должны возникать слабые, но поддающиеся регистрации цуги когерентного инфракрасного излучения, параметры которого зависят от скорости волны и структуры кристаллической решетки. Численное моделирование показало, что частоты генерируемых волн должны лежать в диапазоне от 1 до 100 терагерц. Излучение генерируется в процессе синхронного смещения большого числа атомов кристаллической решетки. В численных экспериментах с кристаллами хлорида натрия были предсказаны вспышки когерентного излучения с частотой 22 ТГц. — А.Л.