ARLA/CLUSTER: Off Topic: Dê o tempo livre o seu PC pessoal à Ciência através da Ibercivis

[João Gonçalves Costa]

O que é a Ibercivis? 
Ibercivis é uma plataforma de computação voluntária que permite a participação dos cidadãos na investigação científica de uma maneira directa e em tempo real.

Trata-se de uma iniciativa que pretende envolver o maior número possível de cidadãos na computação voluntária, usando a capacidade de cálculo do computador em momentos de inactividade para realizar as tarefas associadas a um projecto de investigação científica.

A Ibercivis aproxima os cidadãos da investigação e torna-os participantes activos na produção de conhecimento científico. Ao mesmo tempo, fornece à comunidade científica uma poderosa ferramenta de cálculo. 

O computador transforma-se numa janela aberta para a ciência, criando um canal para o diálogo directo entre os investigadores e a sociedade. Um trabalho que num único computador pessoal comum de 32-bits em permanente utilização levaria cerca de 455 anos a realizar foi efectuado em apenas 16 meses em computadores disponibilizados em tempo parcial por cidadãos.

 Este projecto é da responsabilidade dos cientistas do Grupo de Biologia Estrutural e Computacional do Centro de Neurociências e Biologia Celular (CNC) da Universidade de Coimbra.

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A iniciativa Ibercivis foi lançada em Espanha em Julho de 2008. No âmbito dos acordos de cooperação Portugal-Espanha na área de e-Ciência assinados na XXIV Cimeira Luso-Espanhola em 22 de Janeiro de 2009, em Zamora, Espanha, ficou previsto o alargamento da iniciativa a Portugal com o objectivo de assumir uma dimensão Ibérica, o que se concretizou no final de Julho de 2009.

Esta iniciativa, lançada no final da sessão de e-Ciência do Encontro com a Ciência em Portugal - Ciência 2009, permite a participação dos cidadãos na investigação científica de uma maneira directa e em tempo real, oferecendo tempo de processamento dos seus computadores para a realização de cálculo computacional de interesse científico por técnicas de computação distribuída semelhantes às da Computação Grid.

A IBERCIVIS é uma iniciativa que pretende envolver o maior número possível de cidadãos na computação voluntária, usando a capacidade de cálculo de computadores em momentos de inactividade para realizarem as tarefas associadas a um projecto de investigação científica. Visa aproximar os cidadãos da investigação e dar-lhes a possibilidade de doarem tempo do seu computador, quando está inactivo, para a produção de conhecimento científico e, ao mesmo tempo, fornecendo à comunidade científica uma poderosa ferramenta de cálculo.

O computador transforma-se numa janela aberta para a ciência, criando um canal para o diálogo directo entre os investigadores e a sociedade.
O primeiro projecto de computação voluntária conhecido é o da "Grande Procura pela Internet de Primos de Mersenne" (GIMPS - Great Internet Mersenne Prime Search) que foi iniciado em Janeiro de 1996. Os Primos de Mersenne são números primos da forma 2n - 1. Em Outubro de 2009 eram conhecidos 47 Primos de Mersenne, 13 dos quais tinham sido descobertos pelo projecto GIMPS, entre eles 11 foram o maior número primo conhecido na altura da descoberta. Na verdade, desde 1997 todos os novos Primos de Mersenne descobertos foram encontrados no âmbito do projecto GIMPS. O maior número primo conhecido até Março de 2011 é 243,112,609 - 1 e foi descoberto no âmbito do projecto GIMPS em 23 de Agosto de 2008, por Edson Smith do Departamento de Matemática da UCLA - University of California at Los Angeles. Esta descoberta conseguiu para o projecto GIMPS um prémio de cem mil dólares atribuído pela Electronic Frontier Foundation por descobrir um número primo com mais de 10 milhões de dígitos decimais.

Vários projectos de computação voluntária para fins científicos foram lançados nos anos seguintes ao lançamento do GIMPS em 1996. Presentemente, há cerca de 100 projectos activos de computação voluntária que contam com mais de meio milhão de computadores activos e um poder computacional que se estima ser superior a 5,5 PetaFlops.

Para comparação, o mais poderoso supercomputador entre Novembro de 2010 e Junho de 2011 foi o NUDT do centro Nacional de Supercomputação de Tianjin, na China, com cerca de 2,6 PetaFlops, presentemente (início de Julho de 2011) o 2º mais poderoso depois de ter sido ultrapassado em Junho de 2011 pelo RIKEN, no Japão, com cerca de 8,2 PetaFlops, e há apenas outros 8 supercomputadores com mais de 1 PetaFlop (5 nos EUA, 1 na China, 1 no Japão e 1 em França). Há 77 supercomputadores entre 100 TeraFlops e 1 PetaFlop. Um número muito restrito de países tem supercomputadores de elevado desempenho, devido aos custos muito elevados de aquisição e manutenção e à rápida obsolescência: dos 500 supercomputadores de topo no mundo (o 500º é de 40 TeraFlops), os EUA tem metade, com 43% do desempenho de computação do total, seguindo-se em desempenho: Japão (19%), China (12%), Alemanha (5,5%), França (5,4%), Reino Unido (3,2%), Rússia (2,3%), República da Coreia (1,6%), Canadá (1,1%), e um conjunto de 19 países entre 0,84% e 0,07%. Na lista de 500 de topo só estão 32% dos de há um ano, 20% dos de há dois anos e 9% dos de há três anos; o 20º actual tem um desempenho de apenas 3,8% do 1º e o 10º actual tem um desempenho de apenas 13% do 1º.
No âmbito dos acordos de cooperação Portugal-Espanha na área de e-Ciência assinados na XXIV Cimeira Luso-Espanhola, em 22 de Janeiro de 2009, em Zamora, Espanha, ficou previsto o trabalho conjunto de equipas portuguesas e espanholas para alargar a Portugal a IBERCIVIS, iniciada em Espanha em 2008, como mais uma acção de cooperação Portugal-Espanha, que, em Portugal, tem o apoio da UMIC - Agência para a Sociedade do Conhecimento, IP, da FCCN - Fundação para a Computação Científica Nacional e da Ciência Viva - Agência Nacional para a Cultura Científica e Tecnológica.

A colaboração empenhada do BIFI - Instituto para a Biocomputação e a Física dos Sistemas Complexos da Universidade de Saragoça foi inexcedível e generosa, e permitiu a uma equipa que também envolveu investigadores e técnicos dos Laboratórios Associados CNC - Centro de Neurociências e Biologia Celular e LIP - Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas, sob a coordenação do Professor Rui Brito do CNC, instalar em tempo recorde os sistemas que permitiram alargar a iniciativa IBERCIVIS com o projecto AMILOIDE, dedicado à Polineuropatia Amilóide Familiar (PAF, vulgarmente conhecida por "doença dos pezinhos") e à doença de Alzheimer.

O projecto AMILOIDE visa a procura computacional, em bibliotecas de milhões de compostos, de potenciais fármacos capazes de interferir com a formação de agregados e fibras amilóides em doenças neurodegenerativas, e tem como principais alvos a PAF e a doença de Alzheimer. Este projecto é da responsabilidade dos cientistas do Grupo de Biologia Estrutural e Computacional do Centro de Neurociências e Biologia Celular (CNC) da Universidade de Coimbra.
A Polineuropatia Amilóide Familiar (PAF) é uma doença degenerativa do sistema nervoso periférico, hereditária, caracterizada inicialmente por alteração da sensibilidade à temperatura e à dor nos membros inferiores e progredindo para um estado de debilidade física geral dos pacientes, com complicações múltiplas. Há diversos focos da doença no Mundo, sendo Portugal um dos principais. A PAF foi identificada, no início da década de 1950, pelo Professor Corino de Andrade (1906-2005), e desde então o esforço de caracterização da doença e de procura de soluções terapêuticas por cientistas portugueses, e outros à volta do Mundo, tem sido constante. Actualmente, as patologias amilóides não têm cura. No entanto, no caso da doença de Alzheimer são conhecidos vários fármacos que atenuam os sintomas ou diminuem o ritmo de progressão da doença. No caso da PAF, a única terapia que, até ao momento, se revelou efectiva é o transplante de fígado, pois este orgão é o local principal de síntese da proteína (TTR, transtirretina) responsável pela formação de amilóide nesta patologia.

O Prémio Gulbenkian Ciência 2009, atribuído no dia 20 de Julho de 2009, distinguiu precisamente a investigação na PAF, ao ser atribuído a Maria João Saraiva, Investigadora do Instituto de Biologia Molecular e Celular (IBMC) e Professora Catedrática de Bioquímica do Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, da Universidade do Porto, pelo trabalho desenvolvido na investigação dos mecanismos da PAF, nomeadamente pela descoberta dos mecanismos bioquímicos e genéticos responsáveis pela doença, mais especificamente a formação de depósitos amilóides de transtirretina (TTR), especialmente nos nervos periféricos. 

Em cerca de 16 meses, no projecto AMILOIDE foram ensaiados computacionalmente através do sistema de Computação Voluntária IBERCIVIS mais de 2,3 milhões de compostos testados em 3 configurações-alvo, ou seja perto de 7 milhões de ensaios, num tempo de CPU da ordem de 8 milhões de horas. É, até agora, o projecto IBERCIVIS que utilizou mais recursos computacionais. Um trabalho que num único computador pessoal comum de 32-bits em permanente utilização levaria cerca de 455 anos a realizar foi efectuado em apenas 16 meses em computadores disponibilizados em tempo parcial por cidadãos.

As simulações realizadas no âmbito do projecto AMILOIDE permitiram identificar vários compostos com potencialidades para possíveis fármacos cujos ensaios em laboratório já estão a ser realizados. Este projecto é da responsabilidade dos cientistas do Grupo de Biologia Estrutural e Computacional do Laboratório Associado Centro de Neurociências e Biologia Celular (CNC) da Universidade de Coimbra. Uma curta-metragem sobre o projecto AMILOIDE, da autoria de Carlos Simões, do CNC, recebeu o Prémio SPB/TTW - Connecting Science to People, atribuído no XVII Congresso Nacional de Bioquímica, em 15-17 de Dezembro de 2010. O projecto também deu origem a publicações científicas, uma das quais já publicada: Carlos J. V. Simões, Trishna Mukherjee, Rui M. M. Brito, and Richard M. Jackson, Toward the Discovery of Functional Transthyretin Amyloid Inhibitors: Application of Virtual Screening Method, J. Chem. Inf. Model., 2010, 50 (10), pp 1806-1820.

No dia 1 de Julho de 2011, no Museu da Ciência da Universidade de Coimbra, foi lançado o segundo projecto IBERCIVIS português, o projecto SOLUVEL (ver IBERCIVIS - Cidadãos Doam Tempo de Computadores Pessoais à Ciência: Projectos SOLUVEL e AMILOIDE). O projecto SOLUVEL visa prever a solubilidade de fármacos e toxinas, essencial para conhecer a adsorção de compostos químicos em seres vivos dado que têm de atravessar membranas celulares o que envolve a interacção com ambientes hidrofílicos e hidrofóbicos. A solubilidade está directamente relacionada com o coeficiente de partição do composto entre uma fase aquosa e uma fase orgânica, o qual pode ser estimado a partir da energia de solvatação do composto em ambas as fases que pode ser estimada através de simulação molecular. Este projecto é da responsabilidade de uma equipa do Laboratório Associado LSRE - Laboratório de Processos de Separação e Reacção coordenada por Miguel Jorge, do LSRE e da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, que recebeu numa cerimónia realizada no dia 22 de Julho de 2009 uma Menção Honrosa do Prémio Científico IBM 2008 pelo trabalho "Simulação Molecular da Síntese de Sílicas Nanoporosas", altura em que o Presidente da UMIC - Agência para a Sociedade do Conhecimento, IP lhe falou no interesse que haveria de preparar um projecto no âmbito da IBERCIVIS com base em simulações de dinâmica molecular do tipo das que tinha apresentado na sessão.

As pessoas que pretendam aderir à iniciativa de Computação Voluntária para Fins Científicos IBERCIVIS, podem fazê-lo, na Internet, em http://www.ibercivis.pt/, e podem escolher colaborar com o projecto SOLUVEL ou AMILOIDE, ou com qualquer dos projectos já desenvolvidos por cientistas espanhóis no âmbito da IBERCIVIS, nomeadamente para: análise de propriedades estruturais de aminoácidos e pequenos péptidos (sequências de algumas dezenas de aminoácidos) que actuam no cérebro e no sistema nervoso NEUROSIM); adsorção das argilas PILCS (argilas pilarizadas) que têm grande importância para catalisação (e.g., na produção de biocombustíveis a partir de gorduras vegetais), para armazenamento de gases (como o gás natural ou os gases poluentes de efeito de estufa) e para processos de separação (ADSORCION); melhoramento da aplicação de radiações ionizantes em medicina para diagnóstico e para tratamento de cancro (SANIDAD); simulação de comportamentos dos plasmas que serão produzidos no futuro reactor de Fusão Nuclear ITER - International Thermonuclear Experimental Reactor, em Cadarache, França (FUSION); acoplagem de ligados a proteínas na procura de remédios para certos tipos de cancro (DOCKING); simulação do comportamento de materiais magnéticos com impurezas (MATERIALES); simulação do comportamento da luz à escala nanométrica importante para construção de novos materiais (NANOLUZ); estudo da rede social subjacente à IBERCIVIS para análise de processos dinâmicos como sincronização, propagação de vírus ou rumores, ou modelos de cooperação-traição (IBERNET). Estão também disponíveis na plataforma da IBERCIVIS um projecto de uma equipa de investigadores argentinos para estudar até que ponto as impurezas contidas nos materiais afectam a capacidade de um cabo quântico para conduzir corrente eléctrica (CUANTICABLES) e um projecto de uma equipa de investigadores mexicanos de estudo dos efeitos da fractalidade de sistemas na transição metal-isolador ao serem utilizados no transporte de electrões (CRITICALIDAD).
Todos estes projectos são descritos no portal da IBERCIVIS na Internet (http://www.ibercivis.pt/).

A IBERCIVIS utiliza o software de código aberto para computação distribuída BOINK - Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, desenvolvido em 2002 na California University at Berkeley e que desde 2007 é o software da maior infraestrutura mundial de computação voluntária (World Community Grid).

A iniciativa IBERCIVIS estende a já muito activa e particularmente bem sucedida cooperação entre Portugal e Espanha em e-Ciência, coordenada em Portugal pela UMIC - Agência para a Sociedade do Conhecimento, IP, nomeadamente no âmbito da Computação GRID através da iniciativa IBERGRID lançada há três anos e que visa gerir como infraestrutura comum as instalações das iniciativas de Computação Grid dos dois países, da Supercomputação, e da ligação em anel redundante das dorsais em cabo de fibra óptica das próprias redes de investigação e ensino dos dois países (RCTS em Portugal e Rede Iris em Espanha) nas fronteiras em Valença e Badajoz. 


Fontes: IBERCIVIS e UMIC - Agência para a Sociedade do Conhecimento