Gearbox et MMOS utilisent AWS pour créer un mini-jeu destiné à aider la recherche scientifique

Habituellement, les joueurs se mettent à jouer à un jeu vidéo pour profiter d’un moment de détente, contacter leurs amis et échapper à la réalité. Mais les joueurs du jeu à succès Borderlands 3 peuvent désormais jouer pour une cause réelle. Ce à quoi ils jouent pour le plaisir aide les scientifiques à mener des recherches vitales sur le corps humain dans la vie réelle.

Le jeu dans le jeu, appelé Borderlands Science, permet aux joueurs d’aider à cartographier le microbiote intestinal humain. Ce jeu est le résultat d’un partenariat international entre le développeur de jeux Gearbox Software (Gearbox) et Massively Multiplayer Online Science (MMOS), ainsi que des chercheurs et des scientifiques de l’Université McGill et de The Microsetta Initiative (TMI) de la faculté de médecine de l’UC de San Diego. TMI est la plus grande base de données de référence sur le microbiote intestinal humain en libre accès au monde et a séquencé l’ADN de plus de 25 000 échantillons provenant de quelque 20 000 participants. L’Université McGill a développé la bio-informatique pour améliorer l’analyse de ces données grâce à des casse-tête et à des solutions. La TMI peut appliquer cette technologie et, une fois l’analyse terminée, utiliser les résultats pour la recherche biomédicale. Mais l’Université McGill avait besoin d’aide pour organiser les masses de données. L’Université McGill et MMOS, qui vise à intégrer des activités de science citoyenne aux jeux vidéo, ont saisi une occasion unique de créer un jeu combinant les forces des humains et des ordinateurs pour faire avancer la recherche scientifique.

« Les humains ont des capacités de reconnaissance des formes extraordinairement développées », explique Attila Szantner, PDG et cofondateur de MMOS. « La science citoyenne vise à combiner ces compétences avec les capacités de calcul extrêmement rapides des ordinateurs et de le machine learning (ML) pour résoudre des problèmes traditionnellement coûteux en termes de calcul. Cette combinaison fournit des données précieuses pour la recherche scientifique et crée une occasion unique de faire de la sensibilisation scientifique auprès de communautés qui sont plus difficiles à atteindre par les outils de communication traditionnels. Étant donné que la science citoyenne repose sur un grand nombre de participants et que le projet lui-même se déroule dans un environnement de jeu exigeant en temps réel, nos services étaient mieux placés sur les ressources du cloud computing. »

MMOS s’est associé au célèbre développeur de jeux Gearbox, dont la série Borderlands a attiré des dizaines de millions de followers, afin de donner vie au jeu vidéo. À l’aide d’une gamme d’offres d’Amazon Web Services (AWS), Gearbox et MMOS ont collaboré sur Borderlands Science, dans le cadre duquel les compétences des joueurs sont externalisées pour cartographier le microbiote intestinal humain et collecter des données à utiliser pour l’entraînement des algorithmes de machine learning visant à améliorer l’alignement des séquences.

La science citoyenne, à savoir la participation de citoyens ordinaires à la recherche scientifique, n’est pas un concept nouveau, mais son application a connu un essor considérable avec la vulgarisation d’Internet. MMOS a été fondée pour exploiter la puissance de la combinaison de la science citoyenne et des jeux vidéo dans le but de créer les solutions technologiques de soutien. « Il y a cinq ans, nous avons eu l’idée d’intégrer des micro-tâches scientifiques dans les jeux vidéo AAA pour offrir une expérience fluide en associant les visuels, en les intégrant au récit et en les connectant aux systèmes de récompenses », explique Attila Szantner. « Les jeux sont uniques en ce sens qu’ils regroupent de grandes communautés de joueurs motivés pour accomplir les quêtes d’un jeu. Notre proposition était de transformer une petite partie des dizaines de millions d’années que nous passons dans les jeux vidéo pour résoudre également des problèmes de la vie réelle. Pour que la magie opère, nous avons besoin de partenaires de l’industrie du jeu vidéo. Dans le cas du projet sur le microbiote intestinal, les ingénieux concepteurs de jeux de Gearbox, avec l’aide de l’Université McGill, ont transformé le problème scientifique en une expérience de mini-jeu captivante pour sa communauté de joueurs. »

Gearbox a connu un succès commercial et critique répété en tant que développeur de jeux. Borderlands 3, sorti en septembre 2019, s’est vendu à plus de 10 millions d’exemplaires et figurait parmi les cinq jeux les plus vendus de 2019. Lorsque Sébastien Caisse, co-directeur de Gearbox Studio Québec et titulaire d’un doctorat en gestion stratégique, a eu vent d’une éventuelle initiative de science citoyenne avec l’Université McGill, la décision a été facile. « L’idée m’a inspiré », explique Sébastien Caisse. « J’adore la science et je tiens beaucoup à la culture scientifique et à la participation des gens. »

Ensemble, Gearbox et MMOS ont utilisé AWS pour gérer les données d’un mini-jeu intégré à Borderlands 3, qui permettrait aux joueurs de cartographier les données de la base de données géante de TMI avec plus de précision qu’un simple programme informatique. « Compte tenu de l’activité prévue des joueurs et de la quantité de données à traiter, combinées à la petite taille de notre équipe, nous n’avions pas d’autre choix que d’exécuter la science citoyenne sur le cloud computing », explique Attila Szantner.

La pile Gearbox était déjà entièrement intégrée à AWS, ce qui a permis à l’entreprise de passer en douceur à cette nouvelle tâche. Jonathan Moreau, programmeur en chef des serveurs chez Gearbox, explique : « Lorsque nous avons reçu la demande initiale pour démarrer le projet, du point de vue du serveur, il était évident que nous devions continuer à tirer parti de notre expérience et de la qualité de service fournie par AWS. » Attila Szantner ajoute que MMOS, une nano entreprise qui utilise également AWS, a pu collaborer avec de grandes sociétés de développement de jeux et servir des millions de joueurs. « En ayant accès à la plateforme mondiale de cloud computing fournie par AWS, nous pouvons offrir le même niveau de service que les studios de jeux proposent à leurs joueurs. AWS nous permet d’offrir des niveaux élevés de disponibilité, de fiabilité et de mise à l’échelle. C’est ainsi que les capacités technologiques du cloud computing se traduisent en valeur commerciale dans notre cas », déclare Attila Szantner.

En fin de compte, la familiarité des entreprises avec les différents services AWS a facilité la collaboration entre Gearbox et MMOS. « Puisque nous utilisons AWS, Gearbox connaît le niveau de service auquel elle peut s’attendre. AWS a changé la façon dont nous interagissons les uns avec les autres », déclare Jonathan Moreau. Cet investissement partagé dans AWS a permis de relier les différentes parties du projet. « C’est un geste de confiance », affirme-t-il. « En créant ces ponts entre toutes les parties prenantes impliquées dans un projet comme celui-ci, la confiance est un enjeu clé. Et AWS y a pleinement participé. »

Gearbox disposait déjà d’un pipeline pour intégrer de nouvelles fonctionnalités à sa plateforme, qui repose entièrement sur AWS, notamment Amazon DynamoDB, une base de données documentaire de valeur essentielle qui offre des performances de latence de l’ordre de quelques millisecondes, quelle que soit l’échelle. Gearbox utilise également Amazon Elastic Container Registry (Amazon ECR) pour la mise à l’échelle et la gestion automatiques aux côtés d’AWS Elastic Beanstalk, un service simple d’utilisation permettant de déployer et de mettre à l’échelle des applications et services Web. Locust, un outil de test de charge open source, fonctionne sur AWS Elastic Beanstalk pour permettre la génération et les tests de charges distribuées, aidant Gearbox à créer des tests qui simulent des scénarios du monde réel. MMOS utilise également Amazon Relational Database Service (Amazon RDS), qui facilite la configuration, l’exploitation et la mise à l’échelle d’une base de données relationnelle dans le cloud, avec Amazon Aurora, une base de données relationnelle compatible MySQL et PostgreSQL créée pour le cloud. « Une fois que vous commencez à utiliser AWS, votre appétit augmente », explique Attila Szantner. « Vous commencez donc à découvrir tous les services, et les éléments se mettent en place. »

Pendant que les chercheurs, les scientifiques et les programmeurs travaillent en coulisses, les joueurs de Borderlands 3 font en sorte de faire avancer les choses. Les joueurs accèdent au mini-jeu Borderlands Science par le biais d’une borne d’arcade intégrée à Borderlands 3. Le mini-jeu rappelle les anciens jeux d’arcade pixellisés : l’ADN de chaque microbe intestinal est codé sous la forme d’une chaîne de briques de quatre formes et couleurs différentes. Les joueurs associent ces formes colorées pour aider les scientifiques à estimer la similarité entre les microbes. Chaque fois qu’un joueur connecte (ou reconnecte) les chaînes de blocs colorées pour résoudre le casse-tête, un autre microbe est cartographié. En résolvant le casse-tête, les joueurs gagnent de la monnaie de jeu qu’ils peuvent utiliser dans le jeu principal Borderlands 3. Bien que certains joueurs soient attirés par le butin, tout le monde sait qu’ils contribuent également à une cause plus importante. Sébastien Caisse explique : « Pour certains joueurs, l’importance de contribuer à une activité scientifique est une réussite en soi, qui les pousse à jouer davantage. Ce sont des personnes dont je suis complètement fan. »

La quantité d’informations que ce jeu transfère en permanence (600 requêtes par seconde en moyenne lors de son lancement) entre l’infrastructure USC East, l’infrastructure MMOS en Irlande et le centre de données AWS nécessite un transfert rapide et efficace des données. Le système AWS tient ses promesses. Selon Jonathan Moreau, « AWS nous a aidés à atteindre une latence aussi faible. Nous savions que la fiabilité du service et la vitesse ou la latence des transferts entre les centres de données seraient vraiment bonnes. » Le temps de réponse total de l’interface de programmation d’application (API) est compris entre 15 et 50 ms. AWS a également fourni une élasticité qui a permis à Borderlands Science d’être lancé sans problème majeur. « Lorsque vous lancez un nouveau service numérique en ligne, les premiers jours sont insensés », déclare Attila Szantner. « L’élasticité fournie par AWS, qui nous a permis de multiplier par 10 notre infrastructure verticale sans aucun problème, s’est révélée inestimable pour faire face au lancement. »

Le lendemain de son lancement, Borderlands Science avait déjà collecté cinq à six fois plus de données que la précédente initiative de science citoyenne, qui réunissait des centaines de milliers de joueurs, n’en avait collecté en 10 ans. « Je n’avais jamais vu des chiffres évoluer comme ça », explique Jérôme Waldispühl, maître de conférence en informatique à l’Université McGill. « Et je pense que personne dans le domaine n’a jamais vu les chiffres et l’engagement évoluer aussi rapidement pour la science citoyenne. C’était comme dans un rêve. » Borderlands Science compte déjà plus d’un million d’utilisateurs actifs et, à ce jour, les recherches qu’ils ont effectuées équivalent à 500 années de travail.

En utilisant les services AWS, Gearbox et MMOS ont pu créer un système informatique à composante humaine sous la forme d’un mini-jeu vidéo qui cartographie avec succès les milliards de microbes présents dans le corps humain. TMI peut utiliser les résultats de ce jeu pour faire progresser la recherche biomédicale. AWS a fourni l’élasticité nécessaire au lancement du jeu sans interruption et a servi de passerelle entre Gearbox et MMOS, facilitant ainsi un partenariat unique entre les chercheurs et les joueurs qui associe jeu et science citoyenne pour obtenir des résultats concrets. « Je pense que les jeux vidéo sont la forme d’art la plus complexe d’aujourd’hui et la forme de divertissement la plus captivante », déclare Attila Szantner. « Ce que nous avons appris ces dernières années, c’est qu’il est impératif pour nous, en tant qu’entreprise, de comprendre comment utiliser cette incroyable ressource pour résoudre différents problèmes de la vie réelle. »