Gearbox dan MMOS Menggunakan AWS untuk Membuat Minigame yang Membantu Penelitian Ilmiah

Pemain biasanya akan bermain video game untuk menikmati waktu luang, berinteraksi dengan teman, dan beristirahat sejenak dari rutinitas. Namun, pemain game populer Borderlands 3 kini bisa bermain sambil berkontribusi untuk kepentingan dunia nyata. Apa yang mereka mainkan dalam game untuk bersenang-senang ternyata dapat membantu para ilmuwan melakukan penelitian penting tentang tubuh manusia sungguhan.

Sebuah minigame berjudul Borderlands Science yang ada di dalam game tersebut memungkinkan pemainnya untuk membantu memetakan mikrobioma usus manusia. Inisiatif ini terwujud berkat kemitraan internasional antara developer game Gearbox Software (Gearbox) dan Massively Multiplayer Online Science (MMOS), serta para peneliti dan ilmuwan di McGill University dan Microsetta Initiative (TMI) di UC San Diego School of Medicine. TMI adalah basis data referensi mikrobioma usus manusia akses terbuka terbesar di dunia yang telah melakukan sekuensing DNA dari 25.000+ sampel yang diperoleh dari sekitar 20.000 peserta. McGill University mengembangkan bioinformatika untuk meningkatkan analisis data tersebut melalui teka-teki dan solusi. TMI dapat menerapkan teknologi itu dan nantinya menggunakan hasil analisis untuk penelitian biomedis. Namun, McGill University membutuhkan bantuan untuk mengatur data yang berjumlah besar. McGill University dan MMOS, yang berupaya menghadirkan kegiatan sains khalayak dalam video game, melihat peluang unik untuk menciptakan game yang menggabungkan kekuatan manusia dan komputer untuk memajukan penelitian ilmiah.

“Manusia memiliki kemampuan yang sangat baik dalam mengenali pola,” kata Attila Szantner, CEO dan salah satu pendiri MMOS. “Penerapan sains khalayak bertujuan untuk menggabungkan keterampilan tersebut dengan kemampuan perhitungan komputer dan machine learning (ML) yang sangat cepat guna mengatasi masalah komputasi yang umumnya memerlukan biaya tinggi. Kombinasi ini menghasilkan data yang sangat berharga untuk penelitian ilmiah dan memberikan peluang istimewa untuk meningkatkan pemahaman sains di komunitas yang lebih sulit dijangkau oleh alat komunikasi konvensional. Sains khalayak mengandalkan partisipasi dari banyak peserta, dan proyek itu sendiri berjalan dalam lingkungan game yang membutuhkan respons waktu nyata dan kapasitas tinggi, jadi solusi terbaik bagi layanan kami adalah menggunakan sumber daya komputasi cloud.”

MMOS bermitra dengan Gearbox, developer game ternama yang telah memikat puluhan juta penggemar dengan seri Borderlands, untuk membantu mewujudkan video game tersebut. Gearbox dan MMOS berkolaborasi dalam mengembangkan Borderlands Science menggunakan berbagai penawaran dari Amazon Web Services (AWS). Dalam game ini, keterampilan pemain dihimpun untuk memetakan mikrobioma usus manusia, lalu datanya dikumpulkan untuk pelatihan algoritma ML dengan tujuan meningkatkan penyelarasan sekuens.

Sains khalayak, atau keterlibatan masyarakat biasa dalam melakukan penelitian ilmiah, bukanlah sebuah konsep baru, tetapi penerapannya meningkat secara signifikan berkat maraknya penggunaan internet. MMOS didirikan untuk memanfaatkan kekuatan gabungan antara sains khalayak dan video game serta menciptakan solusi teknologi untuk mendukungnya. “Lima tahun lalu kami mendapat ide untuk mengintegrasikan tugas mikro ilmiah ke dalam video game AAA dan menghadirkannya lewat pengalaman yang lancar—visual yang selaras, narasi yang terpadu, dan sistem pemberian hadiah yang terhubung,” kata Szantner. “Game itu unik karena memiliki komunitas besar berisi pemain yang termotivasi untuk menyelesaikan misi dalam game. Rencana kami adalah mengalokasikan sedikit waktu bermain game untuk memecahkan masalah dalam kehidupan nyata. Untuk mewujudkan rencana ini, kami membutuhkan mitra di industri game. Dalam proyek mikrobioma usus, para perancang game genius Gearbox, dengan bantuan McGill University, mentransformasi masalah ilmiah ini menjadi pengalaman minigame yang menarik bagi komunitas pemainnya.”

Gearbox telah berulang kali menunjukkan kesuksesan komersial dan menuai pujian sebagai developer game. Borderlands 3, dirilis pada bulan September 2019, telah terjual lebih dari 10 juta unit dan termasuk di antara lima game terlaris tahun 2019. Ketika Sébastien Caisse—salah satu direktur Gearbox Studio Quebec dan juga pemegang gelar PhD dalam manajemen strategis—mendengar tentang inisiatif sains khalayak yang mungkin bisa dilakukan bersama McGill University, ia langsung menyetujuinya. “Ide itu menginspirasi saya,” kata Caisse. “Saya suka sains, dan saya sangat peduli dengan literasi ilmiah dan keterlibatan publik.”

Gearbox dan MMOS menggunakan AWS untuk menangani data dari minigame dalam Borderlands 3 yang memungkinkan pemain untuk memetakan data dalam basis data raksasa TMI dengan lebih akurat daripada program komputer mana pun. “Melihat perkiraan aktivitas pemain dan jumlah data yang akan ditangani serta ukuran tim kami yang kecil, satu-satunya pilihan yang kami miliki adalah menjalankan inisiatif sains khalayak dengan komputasi cloud,” kata Szantner.

Seluruh tumpukan Gearbox sudah berada di AWS sehingga mereka dapat melakukan transisi ke tugas baru ini dengan lancar. Jonathan Moreau, pemrogram server utama di Gearbox, menjelaskan: “Ketika kami menerima permintaan awal untuk memulai proyek, dari segi penggunaan server, jelas kami langsung memutuskan untuk terus mengandalkan pengalaman dan kualitas layanan yang disediakan AWS.” Szantner menambahkan bahwa MMOS, sebuah perusahaan nano, juga menggunakan AWS sehingga mampu bekerja sama dengan perusahaan developer game besar dan melayani jutaan pemain. “Dengan akses ke platform komputasi cloud global yang disediakan AWS, kami dapat menyamai tingkat layanan yang disediakan studio game untuk pemainnya. AWS memungkinkan kami menawarkan tingkat ketersediaan, keandalan, dan skala yang tinggi. Itulah bagaimana kemampuan teknologi komputasi cloud berkontribusi terhadap nilai bisnis kami,” kata Szantner.

Pada akhirnya, kolaborasi antara Gearbox dan MMOS menjadi jauh lebih lancar karena mereka terbiasa menggunakan berbagai layanan AWS. “Karena kami menggunakan AWS, Gearbox sudah memiliki ekspektasi terhadap tingkat layanannya. AWS telah mengubah cara kita berinteraksi satu sama lain,” kata Moreau. Kesamaan dalam hal penggunaan AWS menghubungkan bagian-bagian yang berbeda dari proyek. “Ini adalah wujud kepercayaan,” katanya. “Dalam membangun hubungan antar semua pemangku kepentingan yang terlibat di proyek seperti ini, kepercayaan menjadi hal yang sangat penting. AWS benar-benar ikut berperan dalam hal itu.”

Gearbox sudah memiliki pipeline untuk menambahkan fitur-fitur baru ke platformnya, yang semuanya ada di AWS, termasuk Amazon DynamoDB, basis data nilai kunci dan dokumen yang memberikan kinerja dalam hitungan satu digit milidetik pada skala apa pun. Gearbox juga menggunakan Amazon Elastic Container Registry (Amazon ECR) untuk penskalaan otomatis dan pengelolaan serta AWS Elastic Beanstalk, layanan yang mudah digunakan untuk melakukan deployment serta menskalakan aplikasi dan layanan web. Locust, alat pengujian beban sumber terbuka, berjalan di AWS Elastic Beanstalk untuk memungkinkan pembuatan dan pengujian beban terdistribusi sehingga Gearbox dapat membuat pengujian yang menyimulasikan skenario dunia nyata. MMOS juga menggunakan Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) yang memudahkan penyiapan, pengoperasian, dan penskalaan basis data relasional di cloud, dengan Amazon Aurora, basis data relasional yang kompatibel dengan MySQL dan PostgreSQL yang dibangun untuk cloud. “Saat sudah menggunakan AWS, Anda pasti ingin terus-terusan mengeksplorasinya,” kata Szantner. “Jadi Anda mulai mempelajari semua layanan, dan segalanya menjadi lebih terstruktur.”

Selagi para peneliti, ilmuwan, dan pemrogram bekerja di belakang layar, pemain Borderlands 3 menjalankan tugas intinya. Pemain mengakses minigame Borderlands Science melalui mesin arkade di Borderlands 3. Minigame ini mengingatkan pada game arkade klasik bergrafik piksel: DNA dari setiap mikroba usus dikodekan sebagai susunan blok dengan empat bentuk dan warna berbeda. Pemain menghubungkan bentuk-bentuk berwarna itu untuk membantu para ilmuwan memperkirakan kesamaan antara mikroba. Setiap kali pemain menghubungkan (atau menghubungkan kembali) susunan blok berwarna untuk memecahkan teka-teki, maka satu mikroba dipetakan. Ketika berhasil memecahkan teka-teki, pemain akan mendapatkan mata uang dalam game yang dapat digunakan di game utamanya, yakni Borderlands 3. Beberapa pemain mungkin tertarik karena hadiahnya, tetapi semua tahu bahwa mereka juga berkontribusi pada kepentingan dunia nyata. “Bagi beberapa pemain,” kata Caisse, “nilai dari kontribusi pada proyek ilmiah merupakan sebuah pencapaian tersendiri, dan itu memotivasi mereka untuk lebih sering bermain. Merekalah orang-orang yang sangat saya kagumi.”

Jumlah informasi game terus-menerus ditransfer—rata-rata 600 permintaan per detik saat game diluncurkan—antara infrastruktur USC East, infrastruktur MMOS di Irlandia, dan pusat data AWS sehingga diperlukan pergerakan data yang cepat dan efisien. Sistem AWS memberikan. Menurut Moreau, “AWS membantu kami mencapai latensi yang rendah. Kami tahu bahwa keandalan layanan dan kecepatan atau latensi transfer antara pusat data sebenarnya akan sangat baik.” Total waktu respons antarmuka pemrograman aplikasi (API) adalah antara 15-50 ms. AWS juga memberikan fleksibilitas yang memungkinkan Borderlands Science diluncurkan tanpa hambatan besar. “Ketika Anda meluncurkan layanan online digital baru, beberapa hari pertama selalu penuh dengan kejutan,” kata Szantner. “Elastisitas yang diberikan AWS—untuk meningkatkan infrastruktur kami 10 kali lipat tanpa masalah apa pun—sangat berharga dalam proses peluncuran.”

Sehari setelah peluncurannya, Borderlands Science telah mengumpulkan data lima hingga enam kali lebih banyak daripada inisiatif sains khalayak sebelumnya—dengan ratusan ribu pemain—yang dikumpulkan dalam 10 tahun. “Saya belum pernah melihat angka bergerak seperti ini,” kata Jérôme Waldispühl, profesor ilmu komputer di McGill University. “Dan saya pikir tidak ada seorang pun di lapangan yang pernah melihat angka bergerak dan jumlah interaksi bergerak secepat itu untuk sains khalayak. Kejadian ini seperti mimpi.” Borderlands Science telah melihat lebih dari satu juta pengguna aktif, dan hingga saat ini, penelitian yang telah mereka selesaikan setara dengan 500 tahun kerja.

Dengan menggunakan layanan AWS, Gearbox dan MMOS mampu menciptakan sistem komputasi manusia dalam bentuk minigame video yang berhasil memetakan triliunan mikroba dalam tubuh manusia. TMI dapat menggunakan hasil dari game ini untuk memajukan penelitian biomedis. AWS memberikan fleksibilitas yang diperlukan untuk membantu peluncuran game tanpa gangguan dan bertindak sebagai jembatan antara Gearbox dan MMOS, memfasilitasi kemitraan unik antara peneliti dan pemain yang memasangkan game dan sains khalayak untuk mencapai hasil dunia nyata. “Saya percaya video game adalah bentuk seni yang paling kompleks saat ini dan bentuk hiburan yang paling menarik,” kata Szantner. “Hal yang kita pelajari dalam beberapa tahun terakhir ini adalah bahwa sangat penting bagi kita sebagai masyarakat untuk memahami bagaimana kita dapat menggunakan sumber daya yang luar biasa ini untuk memecahkan berbagai masalah dalam kehidupan nyata.”