حل مسائل پیچیده با ابر​رایانه

شبیه‌سازی مهبانگ

یافتن منشأ شکل‌گیری کائنات، همواره یکی از مهم‌ترین پرسش‌های بشر بوده است. چند لحظه نخست شکل‌گیری جهان را «مهبانگ» یا «انفجار بزرگ» می‌نامند. در این چند لحظه کوتاه بود که انرژی و ماده در کیهان در دمای چند تریلیون درجه سانتی‌گراد، به طرزی باورنکردنی انبساط یافت. دانشمندان بر این باورند که مهبانگ، حدود 13 میلیارد سال پیش روی داده است. محاسبات فیزیکی مربوط به این دوره کوتاه بسیار پیچیده است، اما شبیه‌سازی آن توسط ابررایانه‌ها امکان بررسی دقیق‌تر این پدیده را فراهم می‌‌کند. برای نمونه، دانشمندان دانشگاه تگزاس با استفاده از ابررایانه‌ها، به شبیه‌سازی نحوه شکل‌گیری نخستین کهکشان پرداخته‌اند. همچنین دانشمندان ناسا نیز توانسته‌اند با استفاده از ابررایانه‌ها، نحوه تشکیل ستاره‌ها از گاز و غبار کیهانی را شبیه‌سازی کنند.

ابررایانه‌ها همچنین امکان بررسی بهتر بخش‌هایی از کیهان که هنوز مورد کاوش بشر قرار نگرفته را فراهم می‌کند. حدود 25 درصد از کل کیهان را ماده‌ای نادیدنی به نام «ماده تاریک» تشکیل می‌دهد. همچنین 70 درصد از انرژی موجود در کیهان از نوع «انرژی تاریک» است. تاریک نامیدن این دو، نشان‌دهنده اطلاع نداشتن بشر از ماهیت آنهاست. در حال حاضر دانشمندان با استفاده از قوی‌ترین ابررایانه‌های دنیا که توانایی انجام هزاران تریلیون محاسبه در ثانیه را دارند در حال ایجاد مدلی هستند تا هر چه بیشتر به رازهای کیهانی پی ببرند!

شناخت بهتر زلزله

بررسی تاثیر زلزله بر سطوح مختلف زمین می‌تواند به درک هر چه بهتر این پدیده طبیعی کمک کند. با این‌که تا حدود یکی دو دهه پیش چنین کاری بسیار دشوار و حتی غیرممکن بود، اما امروزه پژوهشگران با ایجاد مدلی سه بعدی از زمین با استفاده از ابررایانه‌ها می‌توانند نحوه تاثیرگذاری امواج زلزله را بر مناطق مختلف زمین بررسی کنند.

گروهی از دانشمندان دانشگاه پرینستون با بهره‌گیری از ابررایانه‌ها به بررسی دقیق ساختار زمین و نیز تاثیر امواج زلزله روی آن می‌پردازند. نتایج حاصل از این مطالعات می‌تواند به شناسایی بهتر منابع کانی موجود در زمین و نیز فرآیند ایجاد زمین لرزه کمک کند.

شناخت پیکربندی پروتئین‌ها

یکی از سریع‌ترین ابررایانه‌های دنیا که توسط شرکت آی.بی.ام ساخته شده و «ژن آبی» (blue Gene) نام دارد می‌تواند به درک بهتر انسان از سازوکار پیچیده پروتئین‌ها کمک کند.

پروتئین‌ها در واقع از رشته‌ای بسیار طولانی از اسیدهای آمینه تشکیل شده که به شکلی سه بعدی شکل گرفته‌اند. کارکرد هر پروتئین به شکل آن بستگی دارد. وقتی‌که یک پروتئین به شکل نامطلوبی در می‌آید، می‌تواند پیامدهای ناگواری همچون جنون گاوی یا آلزایمر را با خود به همراه داشته باشد. همچنین درک نحوه شکل‌گیری نامطلوب این پروتئین‌ها می‌تواند گام اول برای درمان این بیماری‌ها باشد.

ابررایانه ژن آبی تاکنون توانسته به نتایج ارزشمندی در زمینه شناخت سازوکار پیکربندی پروتئین‌ها دست یابد. البته مطالعه در این زمینه فقط به این ابررایانه محدود نمی‌شود و چند ابررایانه دیگر نیز در همین حوزه به کار مشغولند.

نقشه گردش خون انسان

در بدن هر انسان، هزاران رگ و مویرگ وجود دارد. طول همه این رگ‌ها و مویرگ‌ها روی‌هم رفته حدود صد هزار کیلومتر است. اهمیت بررسی این نقشه، گروهی از دانشمندان را بر آن داشت تا با استفاده از ابررایانه‌ها به شبیه‌سازی سیستم گردش خون انسان بپردازند. این دانشمندان چند سال پیش توانستند سیستم گردش خون در مغز انسان را شبیه‌سازی کنند. این نتایج می‌تواند به شناخت هر چه بهتر ما از سکته مغزی، آسیب‌های وارده به مغز و سایر بیماری‌های عروقی مغز کمک کند.

مدل‌سازی از ویروس آنفلوآنزای خوکی

جامعه جهانی هر از چندگاه با یک بیماری همه‌گیر مواجه می‌شود. در صورت همه‌گیری ناگهانی یک بیماری ویروسی، باید بسرعت نحوه انتقال ویروس را بررسی و نیز دارویی برای مقابله با آن یافت.ابررایانه‌ها می‌توانند در هر دوی این مسائل به ما کمک کنند. برای نمونه، در جریان همه‌گیری آنفلوآنزای خوکی، چند دانشگاه معروف با استفاده از ابررایانه‌های خود به بررسی ویروس عامل این بیماری پرداختند. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که این ویروس هنوز به اندازه کافی در برابر دارو مقاوم نیست و در مواردی مشخص، ممکن است دارو به ویروس متصل شده و سبب افزایش مقاومت آن شود. به همین دلیل پزشکان توانستند تا تجویز داروهایی که سبب افزایش مقاومت ویروس نمی‌شد، به موفقیت‌هایی در جلوگیری از تشدید وضع همه‌گیری آن دست یابند.

آزمایش سلاح‌های هسته‌ای

مخالفت افکار عمومی جهان با تولید و گسترش سلاح‌های هسته‌ای سبب شده تا بسیاری از کشورها نتوانند براحتی دست به آزمایش این گونه تسلیحات بزنند. همین امر سبب شده ابررایانه‌ها به ابزاری مطلوب برای شبیه‌سازی انفجار انواع تسلیحات هسته‌ای بدل شود. شرکت آی.بی.ام یکی از پیشگامان در این حوزه است و با ساخت ابررایانه‌ای با نام سکویا (Sequia) که توانایی انجام بیست هزار تریلیون محاسبه در ثانیه را دارد، به شبیه‌سازی انفجار ناشی از بمب‌های هسته‌ای بپردازند.

پیش‌بینی وضع آب و هوا

دانشمندان هواشناسی باید انبوهی از متغیرهای مختلف را در پیش‌بینی وضع آب و هوا مد نظر قرار دهند. در اینجا هم ابررایانه‌ها می‌توانند به کمک ما آمده و با انجام محاسبات بر اساس این متغیرها، به پیش‌بینی هر چه درست‌تر شرایط جوی کمک کنند. اکنون چند مرکز مهم مطالعاتی دنیا با استفاده از ابررایانه‌های خود به این کار مشغول هستند.

البته کاربرد ابررایانه فقط به پیش‌بینی وضع جوی آینده محدود نمی‌شود. مدل‌سازی آب و هوای زمین در دوره‌های مختلف گذشته و انطباق آن با بقایای فسیلی و زمین‌شناسی یافت شده نیز از دیگر کاربردهای این ابزارهای قدرتمند دیجیتال است.

شبیه‌سازی مغز انسان

همان طور که می‌دانید، شرکت آی.بی.ام ابررایانه‌ای با نام سکویا طراحی کرده که از توان محاسباتی بسیار بالایی برخوردار است. جالب است بدانیم اگر 120 میلیارد انسان هر یک با استفاده از یک ماشین حساب به مدت 50 سال عملیات محاسباتی انجام دهند، توان محاسباتی آنها برابر با توان محاسباتی سکویا فقط در یک روز خواهد بود!

اما این توانایی شگرف ابررایانه‌ها، در برابر توان مغز آدمی ناچیز است. برای نمونه، ابررایانه‌ای که چندی پیش در یکی از مراکز پژوهشی ایالات متحده ساخته شده بود فقط می‌توانست مغز یک گربه را شبیه‌سازی کند. جالب این‌که کیفیت این شبیه‌سازی چندان هم راضی‌کننده نبود و این ابررایانه حدود صد تا هزار مرتبه ضعیف‌تر از مغز یک گربه معمولی عمل می‌کرد. با این همه ابررایانه‌ها می‌توانند در تهیه نقشه‌ای از سلول‌های عصبی مغز ما را یاری کنند.

سال 2006 پژوهشگران سوئیسی توانستند قسمتی با ده هزار سلول عصبی در مغز یک موش را شبیه‌سازی کنند. پژوهشگران امیدوارند این طرح زمینه ایجاد مدلی کامل از مغز انسان را فراهم کند؛ البته این مدل کارکردهای هوش مصنوعی را ندارد و فقط می‌تواند اتصالات عصبی موجود در مغز را نشان داده و به دانشمندان در درک هر چه بهتر سازوکارهای مغزی و نیز درمان برخی بیماری‌های مربوط به آن کمک کند. / ضمیمه کلیک

منبع: technewsdaily