Gearbox y MMOS utilizan AWS para crear un minijuego que ayuda a la investigación científica

Por lo general, los jugadores se sumergen en un videojuego para disfrutar del tiempo libre, conectar con los amigos y evadirse de la realidad. Pero los jugadores del famoso juego Borderlands 3 ya pueden jugar por una causa real. Cuando ellos juegan por diversión, a los científicos les ayuda en investigaciones vitales sobre el cuerpo humano en la vida real.

El juego dentro del juego, llamado Borderlands Science, permite a los jugadores ayudar a mapear el microbioma intestinal humano. Es el resultado de una asociación internacional entre el desarrollador de juegos Gearbox Software (Gearbox) y Massively Multiplayer Online Science (MMOS), así como investigadores y científicos de la Universidad McGill y la Iniciativa Microsetta (TMI) de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego. TMI es la mayor base de datos de referencia del microbioma intestinal humano de libre acceso del mundo y ha secuenciado el ADN de más de 25 000 muestras de unos 20 000 participantes. La Universidad McGill desarrolló la bioinformática para mejorar el análisis de esos datos mediante rompecabezas y soluciones. TMI puede aplicar esa tecnología y, una vez realizado el análisis, utilizar los resultados para la investigación biomédica. Sin embargo, la Universidad McGill necesitaba ayuda para organizar la gran cantidad de datos. La Universidad McGill y MMOS, que se dedica a llevar las actividades de ciencia ciudadana a los videojuegos, vieron una oportunidad única para crear un juego que combinara los puntos fuertes de los humanos y los ordenadores para hacer avanzar la investigación científica.

«Los humanos tenemos una capacidad de reconocimiento de patrones extraordinariamente desarrollada», afirma Attila Szantner, CEO y cofundador de MMOS. «La ciencia ciudadana tiene como objetivo combinar estas habilidades con la capacidad de cálculo extremadamente rápido de los ordenadores y el machine learning (ML) para abordar problemas tradicionalmente costosos desde el punto de vista de la computación. Esta combinación aporta datos de incalculable valor para la investigación científica y crea una oportunidad única para realizar actividades de divulgación científica dirigidas a comunidades a las que es más difícil llegar con las herramientas de comunicación tradicionales. Como la ciencia ciudadana depende de un gran número de participantes, y el propio proyecto se desarrolla en un entorno de juego exigente y en tiempo real, lo mejor era que nuestros servicios se basaran en recursos de computación en la nube».

MMOS se asoció con el famoso desarrollador de juegos Gearbox, cuya serie Borderlands había cosechado decenas de millones de seguidores, para ayudar a dar vida al videojuego. Utilizando una serie de servicios de Amazon Web Services (AWS), Gearbox y MMOS colaboraron en Borderlands Science, en el que las habilidades de los jugadores se recopilan de forma colectiva para mapear el microbioma del intestino humano y recabar datos que se utilizarán para el entrenamiento de algoritmos de ML con el objetivo de mejorar la alineación de secuencias.

La ciencia ciudadana, o la participación de ciudadanos de a pie en la realización de investigaciones científicas, no es un concepto nuevo, pero su aplicación ha experimentado un enorme impulso con la popularización de Internet. MMOS se fundó para utilizar el potencial de la combinación de ciencia ciudadana y videojuegos y crear soluciones tecnológicas de apoyo. «Hace cinco años se nos ocurrió la idea de integrar microtareas científicas en videojuegos AAA como una experiencia fluida: adaptando los efectos visuales, integrándolas en la narrativa y conectándolas con los sistemas de recompensa», afirma Szantner. «Los juegos tienen la particularidad de contar con grandes comunidades de jugadores que están motivados por completar las misiones de un juego. Nuestra propuesta era transformar una pequeña parte de las decenas de millones de años que dedicamos conjuntamente a los juegos para resolver problemas también en la vida real. Para que la magia se haga realidad, necesitamos socios en el sector de los juegos. En el caso del proyecto del microbioma intestinal, los geniales diseñadores de juegos de Gearbox, con la ayuda de la Universidad McGill, transformaron el problema científico en una atractiva experiencia de minijuego para su comunidad de jugadores».

Gearbox ha demostrado repetidamente su éxito comercial y de crítica como desarrollador de juegos. Borderlands 3, lanzado en septiembre de 2019, ha vendido más de 10 millones de unidades y se situó entre los cinco juegos más vendidos de 2019. Cuando Sébastien Caisse, codirector de Gearbox Studio Quebec y doctor en gestión estratégica, se enteró de una posible iniciativa de ciencia ciudadana con la Universidad McGill, la decisión fue fácil. «La idea me inspiró», dice Caisse. «Me encanta la ciencia y estoy muy interesado en la divulgación científica y en que las personas participen».

Juntos, Gearbox y MMOS utilizaron AWS para manejar los datos de un minijuego dentro de Borderlands 3 que permitiría a los jugadores trazar un mapa de los datos de la gigantesca base de datos de TMI con más precisión de la que podría hacerlo un programa informático en solitario. «Al ver la actividad prevista de los jugadores y la cantidad de datos que había que gestionar, junto con el reducido tamaño de nuestro equipo, no teníamos otra opción que aplicar la ciencia ciudadana a la computación en la nube», afirma Szantner.

Toda la pila de Gearbox ya estaba en AWS, lo que permitió a la empresa realizar la transición sin problemas a esta nueva tarea. Jonathan Moreau, programador principal de servidores de Gearbox, explica: «Cuando recibimos la solicitud inicial para comenzar el proyecto, desde el punto de vista del servidor, fue muy fácil seguir utilizando nuestra experiencia y la calidad del servicio que ofrece AWS». Szantner añade que, como MMOS (una nanoempresa) también utiliza AWS, ha podido colaborar con grandes empresas desarrolladoras de juegos y prestar servicio a millones de jugadores. «Al tener acceso a la plataforma global de computación en la nube que proporciona AWS, podemos igualar el mismo nivel de servicio que los estudios de juegos ofrecen a sus jugadores. AWS nos permite ofrecer altos niveles de disponibilidad, fiabilidad y escalabilidad. Así es como las capacidades tecnológicas de la computación en la nube se traducen en valor empresarial en nuestro caso», afirma Szantner.

En última instancia, la familiaridad de las empresas con diversos servicios de AWS hizo que la colaboración entre Gearbox y MMOS fuera mucho más fluida. «Dado que utilizamos AWS, Gearbox conoce el nivel de servicio que puede esperar. AWS ha cambiado nuestra forma de relacionarnos», afirma Moreau. Esta inversión compartida en AWS ha ayudado a conectar las distintas partes del proyecto. «Es un instrumento de confianza», afirma. «A la hora de tender puentes entre todas las partes implicadas en un proyecto de este tipo, la confianza es una cuestión clave. Y AWS fue una parte fundamental».

Gearbox ya contaba con un proceso para incorporar nuevas características a su plataforma, que está totalmente integrada en AWS, incluida Amazon DynamoDB, una base de datos clave-valor y de documentos que ofrece un rendimiento de menos de 10 milisegundos a cualquier escala. Gearbox también utiliza Amazon Elastic Container Registry (Amazon ECR) para el autoescalado y la administración junto con AWS Elastic Beanstalk, un servicio fácil de usar para implementar y escalar aplicaciones y servicios web. Locust, una herramienta de pruebas de carga de código abierto, funciona en AWS Elastic Beanstalk para permitir la generación y las pruebas de carga distribuidas, lo que ayuda a Gearbox a crear pruebas que simulan escenarios del mundo real. MMOS también emplea Amazon Relational Database Service (Amazon RDS), que facilita la configuración, el funcionamiento y el escalado de una base de datos relacional en la nube, con Amazon Aurora, una base de datos relacional compatible con MySQL y PostgreSQL creada para la nube. «Empiezas a usar AWS y el apetito crece», afirma Szantner. «Así empiezas a descubrir todos los servicios y las piezas encajan».

Mientras los investigadores, científicos y programadores trabajan entre bastidores, los jugadores de Borderlands 3 se encargan de que todo ocurra. Los jugadores acceden al minijuego Borderlands Science a través de una máquina recreativa dentro de Borderlands 3. El minijuego recuerda a los antiguos juegos arcade pixelados: el ADN de cada microbio intestinal está codificado como una cadena de ladrillos de cuatro formas y colores diferentes. Los jugadores conectan esas formas de colores para ayudar a los científicos a estimar la similitud entre cada microbio. Cada vez que alguien conecta (o vuelve a conectar) las cadenas de bloques de colores para resolver el rompecabezas, se mapea otro microbio. Al resolver el rompecabezas, los jugadores ganan moneda del juego que pueden utilizar en el juego principal Borderlands 3. Aunque algunos jugadores se sienten atraídos por el botín, todos saben que también están contribuyendo a una causa superior. «Para algunos de los jugadores», dice Caisse, «el valor de contribuir a un esfuerzo científico es un logro en sí mismo, y les impulsa a jugar más. Son personas a las que adoro».

La cantidad de información que este juego transfiere constantemente —un promedio de 600 solicitudes por segundo cuando se lanzó— entre la infraestructura de USC East, la infraestructura de MMOS en Irlanda y el centro de datos de AWS exige un desplazamiento rápido y eficaz de los datos. El sistema de AWS lo consigue. Según Moreau, «AWS nos ayudó a conseguir esa latencia tan baja. Sabíamos que la fiabilidad del servicio y la velocidad o latencia de transferencia entre los centros de datos serían realmente buenas». El tiempo total de respuesta de la interfaz de programación de aplicaciones (API) oscila entre 15 y 50 ms. AWS también proporcionó la elasticidad que permitió a Borderlands Science lanzarse sin mayores contratiempos. «Cuando se lanza un nuevo servicio digital en línea, los primeros días son una locura», afirma Szantner. «La elasticidad que proporciona AWS para escalar verticalmente nuestra infraestructura 10 veces sin ningún problema fue inestimable para hacer frente al lanzamiento».

Al día siguiente de su lanzamiento, Borderlands Science ya había recopilado entre cinco y seis veces más datos que la anterior iniciativa de ciencia ciudadana en 10 años, en la que participaron cientos de miles de jugadores. «Nunca había visto cifras que se movieran así», afirma Jérôme Waldispühl, profesor asociado de informática de la Universidad McGill. «Y creo que nadie en este campo había visto nunca que las cifras y el compromiso se movieran tan rápido en una iniciativa de ciencia ciudadana. Era como un sueño». Borderlands Science cuenta ya con más de un millón de usuarios activos y, hasta la fecha, la investigación que han realizado equivale a 500 años de trabajo.

Gracias a los servicios de AWS, Gearbox y MMOS pudieron crear un sistema informático humano en forma de minivideojuego que mapea correctamente los billones de microbios del cuerpo humano. TMI puede utilizar los resultados de este juego para avanzar en la investigación biomédica. AWS proporcionó la elasticidad necesaria para ayudar al lanzamiento del juego sin interrupciones y actuó como puente entre Gearbox y MMOS, facilitando una asociación única entre investigadores y jugadores que aúna el juego y la ciencia ciudadana para lograr resultados en el mundo real. «Creo que los videojuegos son la forma de arte más compleja de la actualidad y la forma de entretenimiento más atractiva», afirma Szantner. «Lo que hemos aprendido en estos últimos años es que es imperativo para nosotros como sociedad entender cómo podemos utilizar este increíble recurso para resolver diferentes problemas en la vida real».