L’unione fa la forza

Grande Giove, siamo diventati tutti un po’ scienziati! Grazie alla diffusione capillare di internet e degli smartphone, sono ormai tantissimi i progetti di calcolo distribuito che coinvolgono direttamente i cittadini. Possono partecipare tutti coloro che hanno una connessione, aiutando la ricerca in numerosi ambiti, dalla matematica alla biologia, dalla ricerca astronomica a quella sui cambiamenti climatici. Anche i non-esperti, infatti, pur non essendo professionisti della ricerca, possono essere fonti legittime di conoscenza scientifica. La citizen science può davvero cambiare il mondo, anche solo un bit alla volta.

L’esempio più famoso è sicuramente quello rappresentato da BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing), un software open source sviluppato dall’Università di Berkeley, in California, che consente di far parte di un supercomputer formato da oltre 600 mila terminali dislocati in 230 nazioni diverse. Tutto questo è possibile attraverso la donazione della potenza inutilizzata del proprio processore. Gli attuali pc domestici, infatti, hanno una potenza di calcolo decisamente elevata, anche se solitamente non vengono utilizzati per programmi particolarmente pesanti. I processori, di conseguenza, possono essere usati in modo efficace anche per altri scopi, per esempio nelle ricerche scientifiche. L’impatto sull’ambiente, tra l’altro, è davvero minimo. Assumendo un consumo di 100 Watt per ogni pc, e immaginando che questi rimangano sempre accesi, è possibile stimare un’emissione di CO2 pari a circa 0,001% del totale delle emissioni terrestri.

Dopo aver scaricato ed installato BOINC, è possibile iscriversi a uno dei tanti progetti disponibili. Da quel momento in poi, il software scarica in modo autonomo piccoli pacchetti di dati, li elabora e spedisce indietro i risultati. Un giorno possiamo essere astronomi a caccia di segnali di vita intelligente nell’universo. Quello seguente possiamo assumere i panni del biochimico o del climatologo. Oppure, se il nostro processore è abbastanza potente, possiamo anche seguire più progetti contemporaneamente. La somma di tanti piccoli contributi permette lo svolgimento di attività scientifiche altrimenti impossibili o troppo costose per molti centri di ricerca e università.

I partecipanti a BOINC ricevono alcuni crediti per ogni pacchetto di dati analizzato. Il punteggio indica la quantità di operazioni che il proprio computer ha effettuato durante l’elaborazione. Il team del nostro paese, il BOINC.Italy, ha anche creato una classifica che associa alla quantità di crediti accumulati un grado ben definito. In totale ci sono 11 livelli, con un nome identificativo per ciascuno. Questo meccanismo spinge tutti a fare meglio, sia come singoli che come gruppi.

Sembra tutto davvero molto semplice e a basso costo. Che sia proprio quello partecipativo il nuovo scenario vincente per la scienza? L’idea di ricorrere all’aiuto dei non-esperti non è, in realtà, affatto nuova. Il giorno di natale del 1900, l’ornitologo americano Frank Chapman organizzò un censimento di uccelli. Volontari e appassionati raccolsero un’ingente mole di dati dal Canada sino alla Louisiana, scoprendo 89 nuove specie. Da allora, in una contea dello lowa, il cosiddetto Christmas Bird Count è diventato una tradizione con migliaia di partecipanti e i dati accumulati si sono rivelati negli anni molto utili per i ricercatori.

Anche il British Trust for Ornithology utilizza i volontari per raccogliere informazioni sugli uccelli. Alcuni catturano diversi esemplari per legare un piccolo anellino numerato intorno alle zampe per avere informazioni in materia di migrazione e sopravvivenza. Altre attività richiedono meno impegno, come il singolare Garden BirdWatch, che si occupa del monitoraggio degli uccelli che visitano il proprio giardino di casa. I volatili non sono gli unici organismi controllati, contati e studiati. Scopriamo che esistono cacciatori di falene oppure soccorritori di orchidee. I dati raccolti dai volontari sono assolutamente essenziali. Sarebbe impossibile creare un esercito di scienziati professionisti in grado di esaminare i problemi con la stesso grado di precisione e pazienza dei dilettanti, che hanno molto più tempo da dedicare a questo tipo di ricerche.

Oggi, grazie a internet, è tutto molto più veloce e immediato. Sul sito di BOINC, tra le tante iniziative, è impossibile non menzionare Seti@home, nato nel 1999, che, con oltre 5 milioni di utenti in tutto il mondo, è attualmente l’esempio di maggior successo di elaborazione distribuita. Lo scopo è quello di analizzare i dati provenienti da una rete di radiotelescopi, come quello di Arecibo (Portorico), alla ricerca di segnali prodotti da fonti artificiali, invece che naturali, e che indicherebbero l’esistenza di altre forme di vita intelligenti. I volontari, da soli, purtroppo non bastano. Lo scorso anno i 42 radiotelescopi che compongono il sistema del Seti sono rimasti spenti per sei mesi. Ogni anno, più di 3 milioni di dollari vengono spesi per garantire la fattibilità del progetto e il funzionamento degli strumenti, ma è molto difficile reperire i fondi necessari. Dopo lo stop, le attività sono riprese, grazie anche ai finanziamenti che sono giunti dall’Air Force Usa, interessata a utilizzare le antenne del Seti per individuare i satelliti e i detriti spaziali che orbitano attorno alla Terra, piuttosto che possibili segnali artificiali di origine extraterrestre.

Un altro progetto di scienza collaborativa è Rosetta@home, che si occupa di studiare la struttura tridimensionale delle proteine e le loro interazioni. Questo potrebbe consentire di curare alcune delle malattie più diffuse . Aumentando le conoscenze in questo campo, i ricercatori saranno in grado, in futuro, di dire quali proteine potrebbero essere utili per la cura di AIDS, cancro, malaria o morbo d’Alzheimer. Perché, dunque, non regalare a BOINC un po’ della propria potenza di calcolo?

Climateprediction.net è un progetto di calcolo distribuito nato per produrre previsioni sul clima della Terra da adesso sino al 2100 e per testare l’accuratezza dei modelli matematici. Il cambiamento climatico, e la nostra risposta ad esso, sono questioni di importanza globale, che hanno un impatto negativo su produzione di cibo, risorse idriche, ecosistemi e produzione di energia. Climateprediction.net dovrebbe dirci, per la prima volta, ciò che è più probabile che accada durante questo secolo.

Dedicato agli ammassi di stelle è invece Galaxy Zoo, lanciato nel 2007 dall’Università di Oxford. Gli utenti sono chiamati a classificare la forma di una galassia, scegliendo tra vari modelli tassonomici. Nel solo primo giorno, il sito ha ricevuto migliaia di segnalazioni, consentendo agli astronomi professionisti di impiegare il proprio tempo per altre ricerche. La NASA, l’agenzia spaziale americana, sfrutta invece il contributo dei cittadini tramite il sito Be a Martian, che ha lo scopo di  rendere più precisa la mappa di Marte e dei suoi crateri. Un’attività davvero utile, in previsione di una missione sul pianeta rosso tra qualche decennio. Da questo punto di vista, ha avuto grande importanza Mars-500,  l’esperimento condotto a terra per simulare le condizioni di un viaggio verso Marte, frutto di una collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Europea e quella Russa. Su alcuni volontari sono stati studiati gli effetti biomedici e psicologici su chi è costretto a vivere a lungo in un ambiente isolato e ristretto. Sono anche stati monitorati i valori di stress, le regolazioni ormonali e le risposte del sistema immunitario, la qualità del sonno e il tono dell’umore.

MalariaControl.net contribuisce a migliorare la capacità dei ricercatori di prevedere, e quindi controllare, la diffusione della malaria in Africa. Vengono sviluppati dei modelli matematici che possono essere utilizzati per determinare le strategie ottimali per la distribuzione di zanzariere, chemioterapia o nuovi vaccini che sono attualmente in fase di sviluppo e testing. Tale modello è estremamente pesante per i processori, che richiedono simulazioni di grandi popolazioni, con una serie diversificata di parametri legati a fattori biologici e sociali che influenzano la distribuzione della malattia.

Simulation One è il progetto tutto italiano di calcolo distribuito che mette a disposizione di chi ne avesse bisogno un server sempre pronto all’uso. In meno di un mese sono stati reclutati oltre 1600 partecipanti. L’idea è quella di diventare il catalizzatore di altri progetti di ricerca italiani open access basati sul calcolo distribuito mentre le università e i centri di ricerca potrebbero sfruttare un po’ di potenza di calcolo in più.

“Se tu hai una mela, e io ho una mela, e ce le scambiamo, allora tu ed io abbiamo sempre una mela per uno. Ma se tu hai un’idea, ed io ho un’idea, e ce le scambiamo, allora abbiamo entrambi due idee.” Aveva dunque ragione lo scrittore e drammaturgo irlandese George Bernard Shaw? Con BOINC possiamo, in effetti, condividere idee, dati e conoscenze in tempi rapidissimi, dando alla scienza una nuova e più efficace dimensione partecipativa. Ovviamente, tutte queste attività “@home”, pur fornendo un grande contributo alla ricerca scientifica, sono generalmente passive per chi vi partecipa. Questo, alla lunga, potrebbe essere un problema, ma i cittadini, in realtà, possono fare molto anche in prima persona. E non bisogna neppure essere geniali come Emmett Brown, il famoso Doc di Ritorno al futuro, per fare delle scoperte importanti. Spesso, bastano solo molta passione, pazienza e capacità di osservazione.

È il caso, per esempio, di Hanny van Arkel, un’insegnante olandese senza grandi conoscenze di astronomia, che navigando su Galaxy Zoo ha individuato un corpo celeste mai catalogato prima dagli astronomi e a cui, successivamente, è stato dato proprio il suo nome. Hanny è stata anche coinvolta come co-autrice in un articolo scientifico. Bruce Hudson, un cittadino dell’Ontario, dopo essere rimasto paralizzato a causa di un infarto, è invece diventato uno dei partecipanti più attivi di Stardust@home. Prima di scoprire il progetto non aveva nemmeno un particolare interesse, ma ora si impegna al fianco degli astronomi professionisti per definire meglio la composizione delle comete.

Le attività dirette di citizen science possono assumere varie forme. I cittadini-scienziati possono fare i volontari in un centro di ricerca o unirsi a una spedizione scientifica, come quelle organizzate dall’Earthwatch Institute. Oppure scrivere delle interessanti applicazioni per cellulare, spesso migliori di quelle proposte dagli stessi istituti di ricerca. Possono costruire e gestire gli strumenti adatti a raccogliere dati per i propri esperimenti o come parte di un progetto più ampio. Ci riferiamo, per esempio, ai radioamatori e agli astrofili. Possono recarsi in aree che sono raramente visitate dai ricercatori professionisti, come nel caso del progetto DeepSea Challenge di James Cameron oppure i cittadini (ovviamente quelli molto ricchi) che possono volare a proprie spese nello spazio.

Un’ulteriore risorsa è certamente rappresentata dall’entusiasmo e dalla curiosità degli studenti delle scuole superiori. Un caso da segnalare è il progetto tedesco Planet Finders, che coinvolge numerosi licei in Germania e alcuni in Texas. Lo scopo è quello di trovare dei nuovi pianeti extrasolari e di caratterizzare meglio quelli, già scoperti, dei sistemi binari stretti. Per fare ciò, i ragazzi utilizzano il MONET Telescope (Texas), un telescopio robotico di 1,2 metri, quando non è impiegato dagli astronomi professionisti. Il vantaggio di un simile strumento è che esso può essere comodamente manovrato in remoto da qualsiasi luogo, tramite una semplice connessione a internet.

Sono molti i casi in cui alcuni gruppi scolastici possono eseguire esperimenti astronomici, simulando quelli reali. Ci sono anche progetti in cui le scuole possono fare delle vere e proprie scoperte astronomiche, per esempio ricerche di asteroidi. Tuttavia, ci sono pochi progetti in cui gli studenti possono contribuire in prima persona alla ricerca su un tema così caldo come la scoperta di nuovi pianeti extrasolari. Uno di questi è appunto Planet Finders, coordinato dalle Università di Göttingen ed Essen. Le osservazioni e le analisi dei dati sono relativamente semplici da eseguire, anche per chi non è esperto, per cui sarebbe un peccato non dare ai ragazzi una simile possibilità. Alcuni di essi, tra l’altro, potrebbero scegliere la carriera astronomica proprio grazie a simili esperienze. La cooperazione tra scuole di paesi diversi non è solo divertente, ma rende il progetto più facile per tutti, permettendo un maggior numero di ore di osservazione. I primi risultati sono promettenti e i piccoli scienziati hanno già pubblicato in rete i loro primi risultati.

I giovani sono il target vincente su cui puntare. L’aspetto ludico diventa quindi determinante, come nel caso di FoldIt!, un videogioco online creato dal biologo David Baker dell’Howard Hughes Medical institute. L’obiettivo è trovare la forma di proteine di cui è nota la sequenza ma non la struttura. Per partecipare basta sapere che esse sono formate dagli amminoacidi, disposti in molte combinazioni diverse, e che le strutture possono essere tirate, piegate e avvolte su se stesse. Al momento stanno giocando oltre 50000 utenti e l’ultima struttura ottenuta è quella di un enzima del virus della sindrome da immunodeficienza acquisita nei macachi, quindi molto simile a quello dell’HIV.
Nonostante i benefici apportati dai cittadini alla ricerca, alcuni scienziati hanno espresso una certa preoccupazione sulla validità dei dati generati dai volontari. Infatti, secondo il loro giudizio, alcuni progetti non sono adatti per il coinvolgimento dei non addetti ai lavori, come i metodi di ricerca complessi, i progetti che richiedono lunghe ore di duro lavoro o quelli ripetitivi. Le identificazioni tassonomiche, come quella delle specie, potrebbero non essere del tutto adatte ai volontari. Senza una formazione adeguata in merito ai protocolli di ricerca e monitoraggio da adottare, gli scienziati dilettanti potrebbero essere anche più propensi a introdurre bias nei loro dati.

Chiaramente, ci potrà sempre essere qualche errore, ma si tenga presente che il lavoro dei cittadini verrà sempre monitorato e verificato dagli specialisti. Inoltre, la citizen science avvicina gli scienziati al pubblico, e viceversa, come mai successo prima d’ora e i benefici sono evidenti per entrambi. Gli istituti di ricerca, soprattutto quelli americani e inglesi, hanno giustamente cercato di aumentare il coinvolgimento dei cittadini, essenzialmente perché sono una forza lavoro gratuita e spesso hanno anche idee originali.

Per chi volesse dare una mano alla scienza, un buon punto di partenza è il sito Scistarter, dove vengono catalogati tutti i progetti scientifici per i cittadini, in base al topic o al tipo di attività da svolgere. Iniziare è semplice, dare un contributo ancora di più, perché in fondo siamo tutti un po’ scienziati.

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