Ο ρόλος των υπολογιστών στην 4η βιομηχανική επανάσταση

Ο καθηγητής Π. Κουμουτσάκος εκλέχθηκε πρόσφατα ως αλλοδαπό μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικών των ΗΠΑ (σσ: Ιδρύθηκε το 1964 και έχει 5 έλληνες μεταξύ των περίπου 2.300 εκλεγμένων μελών της) και είναι καθηγητής Υπολογιστικών Επιστημών στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης (ETH Zurich), το οποίο περιλαμβάνεται στα 10 καλυτέρα του κόσμου και ίσως είναι περισσότερο γνωστό σαν το Πανεπιστήμιο που φοίτησε ο Αϊνστάιν.

Τον διακρίνει πάθος για την έρευνα ενώ τα επιτεύγματα του σε κρίσιμους τομείς όπως είναι η αντιμετώπιση του καρκίνου με την καίρια στοχευόμενη δράση των φαρμάκων ή το απόλυτο φιλτράρισμα των μεταστατικών κυττάρων στον τομέα της βιοχημείας καθώς και σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας, απέσπασαν πολυάριθμα διεθνή βραβεία. Μεταξύ τους και το περίφημο βραβείο Gordon Bell, το 2013, το θεωρούμενο ως το Νόμπελ των υπολογιστών, με τον κ. Κουμουτσάκο να είναι ο μόνος Ευρωπαίος που οδήγησε μια ομάδα στην κατάκτηση του.

Ο ίδιος υπογραμμίζει τη συμβολή των υπερυπολογιστών σε καθοριστικές για την κοινωνία ανακαλύψεις όπως η κλιματική μοντελοποίηση, η αλληλούχιση του γονιδιώματος κα. Συνοψίζει για τη χρήση τους, με το γεγονός ότι «σήμερα κανένα αυτοκίνητο η αεροπλάνο δεν κατασκευάζετε χωρίς πλήρη μελέτη σε υπερυπολογιστές». Χαρακτηρίζει πρόκληση τη δουλειά του με τον υπερυπολογιστή καθώς όπως λέει, είναι σαν να έχεις μια ομάδα με εκατομμύρια εργάτες που δουλεύουν μαζί για να επεξεργαστούν απίστευτα πολλά, δεδομένα σε ταχύτατους χρόνους. «Αρκεί να δώσεις ακριβείς οδηγίες πως να μοιραστούν τα δεδομένα και πως τα εκατομμύρια εργάτες να συντονιστούν καλά μαζί».

Οι αριθμομνήμονες γονείς και ο «χαρτοπαίκτης» παππούς

Ο κ. Κουμουτσάκος μίλησε στο ΑΠΕ για την πορεία, το πεδίο δράσης και τους μελλοντικούς του στόχους.

Με αρκετό χιούμορ μετά από σύντομη σκέψη, απαντά στην ερώτηση εάν ως παιδί ήταν αριθμομνήμων: «Σε αυτό ίσως έχω μοιάσει στην μητέρα μου που ήταν ο από μνήμης τηλεφωνικός κατάλογος της πόλης, και στον πατέρα μου ο οποίος προγραμμάτιζε τα δρομολόγια 20 οδηγών λεωφορείων για 40 χωριά, με χαρτί και μολύβι, πρόβλημα που σήμερα λύνουμε με υπολογιστές», εκτιμά συμπληρώνοντας: «Αλλά περισσότερο πιστεύω ότι έχω επηρεαστεί από τον παππού μου, ο οποίος με έμαθε να παίζω χαρτιά για να περνά η ώρα, όταν κλήθηκε από τους γονείς να με προσέχει στην προσχολική περίοδο».

Έτσι λοιπόν «τεσσάρων χρονών ήξερα αριθμούς και τους συνδυασμούς τους και έπαιζα καλά χαρτιά. Γράμματα έμαθα αργότερα» σημειώνει σκωπτικά. Η κλίση προς την φυσική-μηχανική αποκτήθηκε με τα πρώτα αναγνώσματα για το άτομο από την εγκυκλοπαίδεια LIFE. Κλίση η οποία ενδυναμώθηκε από την παρουσία «χαρισματικών και αφοσιωμένων δασκάλων» από το Δημοτικό έως το Λύκειο και την «τύχη της άμιλλας από τους συμμαθητές μου».

Το ερέθισμα για τις σπουδές στη Σχολή Ναυπηγικής στο ΕΜΠ και η δυναμική των ρευστών όπως και τα ζωγραφισμένα ψάρια που «κολυμπούν» κοσμώντας τους τοίχους του γραφείου του, ίσως οφείλονται «στον Μπάρμπα Αλέξη, μάστορα στο μικρό ταρσανά στο νησάκι, Κρανάη στο Γύθειο». Απορροφούσε τις ιστορίες του για τη σημασία της κάθε σανίδας που τοποθετούσε στις κατασκευές - και μάθαινε για την υδροδυναμική μέσα από ατελείωτες ώρες ψάρεμα. Ωστόσο ήρωας του τότε «ήταν ένας γείτονας μας Γάλλος, που δούλευε στα Ηνωμένα Έθνη» θυμάται προσθέτοντας ότι προσπάθησε να ακολουθήσει αυτήν την πορεία, πλην ματαίως.

Σπουδές και θητεία σε κορυφαία ερευνητικά πανεπιστήμια: ΕΜΠ, Μίσιγκαν, Καλτέκ, Στάνφορντ

Η επιλογή της Αρχιτεκτονικής Ναυπηγικής στο Πολυτεχνείο της Αθήνας έναντι της Φυσικής, οφείλεται σε πρακτικούς λόγους επιβίωσης εξηγεί, «εάν δεν έπαιρνα διδακτορικό θα ήθελα να έχω μια δουλειά που να μην είναι μόνο διδασκαλία αλλά και να ταξιδεύω. Ακολούθησε το Μίτσιγκαν, το Καλτεκ, το Στάνφορντ και η ΝΑΣΑ, για σπουδές με δυο Μάστερ, ένα διδακτορικό και 2 μεταδιδακτορικά, όλα με υποτροφία».

Η διδακτορική του έρευνα ήταν στον τομέα της προσομοίωσης τυρβωδών ροών με υπερυπολογιστές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια γνωστό ως «Καλτέκ». Μετά το διδακτορικό προσπάθησε να ακολουθήσει το όνειρο του να δουλέψει στα Ηνωμένα Έθνη. Μετά από 50 αιτήσεις και 50 απορρίψεις, συνέχισε με μεταδιδακτορικές σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. Η δουλειά του περιελάμβανε τις πρώτες εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης στην μηχανική. Παράλληλα δούλευε και στον ραδιοφωνικό σταθμό του Στάνφορντ (KZSU) με ένα τρίωρο εβδομαδιαίο πρόγραμμα που περιελάμβανε και μια ώρα Ελληνικής μουσικής. Διατηρεί άριστες αναμνήσεις από την παραμονή του στην Καλιφόρνια με χαρακτηριστικές την πολύ θετική ατμόσφαιρα και το «εντυπωσιακό κλίμα συνεργασίας και δημιουργικότητας» και το «φως που θυμίζει Ελλάδα ».

37 ετών, καθηγητής υπολογιστικής επιστήμης στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης

Η αλλαγή πορείας, μετά ακόμα μια αποτυχημένη προσπάθεια να συμμετάσχει στο αναπτυξιακό πρόγραμμα του ΟΗΕ, αναφέρει, σηματοδοτήθηκε με την προκήρυξη για μια θέση Επίκουρου καθηγητή (6ετούς διάρκειας) στην Υπολογιστική Ρευστοδυναμικής στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης. «Το είδα σαν ένα βήμα στην καριέρα μου και μια ταξιδιωτική εμπειρία πριν επιστρέψω ξανά στην Αμερική», θυμάται για να συμπληρώσει ότι τρία χρόνια αργότερα, το 2000, 37 ετών, άλλαξαν πάλι τα σχέδια «δέχτηκα προσφορά να μείνω στο ΕΤΗ σαν ένας από τους πιο νέους ομότιμους καθηγητές, με την έδρα της υπολογιστικής επιστήμης». Πέρα από τις εξαιρετικές συνθήκες δουλειάς που προσφέρει το ΕΤΗ, παρέμεινα για «να είμαι πιο κοντά στη Ελλάδα και στους δικούς μου».

Σημαντικό ρόλο στην απόφαση του έπαιξαν και οι υπερυπολογιστές του Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) οι οποίοι αποτέλεσαν το πιο σημαντικό εργαλείο στο έργο του. Τους συγκρίνει με τους αντίστοιχους του 1992 στην Αθήνας, και συσχετίζοντας την κοινή πορεία τους σημειώνει «εξελιχθήκαμε εκ του σύνεγγυς».

Στο πλαίσιο αυτό ερευνά πώς να παράγει αλγόριθμους - μεθόδους για χρήσιμες εφαρμογές στη μηχανική των ρευστών στη βιολογία και τη νανοτεχνολογία. Για παράδειγμα, διευκρινίζει, «στη νανοτεχνολογία μελετάμε υλικά σε μοριακό επίπεδο με προσομοιώσεις σε μεμβράνες-φίλτρα για μονάδες αφαλάτωσης, με πόρους σε διάσταση νανοσωλήνα δηλαδή 1 εκατομμύριο φορές λεπτότερης διατομής από μιας τρίχας μαλλιών. Το νερό περνά με πολύ μεγάλη ταχύτητα από αυτά τα φίλτρα και διαχωρίζει ευκολότερα το αλάτι. Επίσης μελετάμε και διαμορφώνουμε επιφάνειες με λιγότερη τριβή - αντίσταση στον αέρα, και στο νερό».

Εφαρμογές μηχανικής υπολογιστικής στην ιατρική, τη βιολογία και διεθνή βράβευση για τη δυναμική στα ρευστά

Επίσης ένα από τα μεγαλύτερα βραβεία του είναι αυτό του ERC Advanced Investigator Award (από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Ερευνών) για το ερευνητικό του έργο στη μηχανική των ρευστών και ειδικότερα στις ενεργειακές ιδιότητες που «χρησιμοποιούν» στη πλεύση τους τα κοπάδια των ψαριών. «Κάθε ψάρι όταν κολυμπά μεταδίδει στο ρευστό ενέργεια την οποία εκμεταλλεύεται ένα άλλο ψάρι δίπλα του», εξηγεί παραπέμποντας μας στην περισσότερο γνωστή μορφή αξιοποίησης της παραγόμενης ενέργειας που εφαρμόζουν τα αποδημητικά πουλιά, όταν ταξιδεύοντας σε σχήμα «Λ» εναλλάσσονται εμπρός - πίσω για να ξεκουράζονται. «Χρησιμοποιούμε προσομοιώσεις και αλγόριθμος της τεχνητής νοημοσύνης ώστε να καταλάβουμε τι κάνουν τα ψάρια. Αυτή η γνώση, επισημαίνει ο καθηγητής Π. Κουμουτσάκος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καλύτερη ενεργειακή αξιοποίηση και απόδοση των αιολικών πάρκων είτε και πολλών drones, μέσα από διαφορετικούς σχηματισμούς».

«Στον τομέα της βιολογίας», συνεχίζει, «μελετάμε πώς τα καρκινικά κύτταρα μεταφέρονται στο αίμα και παράλληλα την μεταφορά του φαρμάκου εντός του οργανισμού με νανοσωματίδια. Στις περιπτώσεις των καρκινικών όγκων, εκμεταλλευόμαστε το γεγονός ότι αυτοί προκαλούν ρήγματα και διαρροή των αγγείων στον περίγυρο τους και προγραμματίζουμε τα νανοσωματίδια να μεταφέρουν το φάρμακο, μόνο εκεί που παρουσιάζει το αίμα διαρροή».

Οι υπολογιστές σηματοδοτούν την 4η βιομηχανική επανάσταση

Αναφορικά με τη χρήση και τη συμβολή των υπολογιστών στην ζωή μας, ο διακεκριμένος καθηγητής θεωρεί ότι «οι υπολογιστές σηματοδοτούν την 4η βιομηχανική επανάσταση στην εξελικτική πορεία της ανθρωπότητας». Αναφέρει, ότι από το 1981 έως σήμερα η ισχύς τους έχει πολλαπλασιαστεί περισσότερο από 10 τρισεκατομμύρια φορές καθώς και ότι έχουν μπει παντού στη ζωή μας, «από το κινητό μας τηλέφωνο έως και τις αποφάσεις μιας τράπεζας για την χορήγηση δανείου». Παρατηρεί ότι «υπολογιστές δεν είναι μόνο τα μηχανήματα αλλά και τα μαθηματικά και οι αλγόριθμοι που χρειάζονται για να λειτουργήσουν». Επισημαίνει ότι η «εποχή των υπολογιστών» βρίσκεται σε κρίσιμη φάση εξαιτίας της ενεργοβόρας λειτουργίας τους. Ενδεικτικά, αναφέρει ότι «ένας υπερυπολογιστής εν λειτουργία καταναλώνει ηλεκτρική ισχύ, ισοδύναμη με αυτήν για τη λειτουργία 15.000 σπιτιών προκαλώντας και ανάλογη περιβαντολλογική επιβάρυνση. Σύμφωνα δε, με προβλέψεις, «το 2040 η μισή από τη συνολική ενεργειακή ισχύ του πλανήτη θα καταναλώνεται μόνο για τη χρήση των υπολογιστών».

Ζήτημα κρίσιμο αλλά και «νέο πεδίο έρευνας», καθώς ο ίδιος θεωρεί ότι «Αποτελεί στρατηγική πρόκληση η διερεύνηση για μια νέα γενιά υπολογιστών, δηλαδή η εξεύρεση νέων αλγόριθμων για την επίλυση του προβλήματος με ελαχιστοποίηση της λειτουργικής ενέργειας τους». Επίσης την τελευταία δεκαετία, όπως λέει, έχει στρέψει το ενδιαφέρον του στην επιστήμη των δεδομένων και στον τρόπο με τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί απέναντι στο μεγάλο πρόβλημα που έχει προκύψει με την προστασία των προσωπικών δεδομένων, τα οποία «μοιράζουμε απλόχερα όλοι μας σε εταιρείες που αργότερα μας τα ξαναπουλάνε».

Ικανοποίηση και περηφάνια

Ο κ. Κουμουτσάκος μιλάει με πάθος για την δουλειά του και με περηφάνια για τους μαθητές του χαρακτηρίζοντας τους μάλιστα δασκάλους του. «Οι τωρινοί μου δάσκαλοι είναι οι μαθητές μου. Μαθαίνω από αυτούς» επισημαίνει, προσθέτοντας: «Ένας εξ αυτών έγινε πρόσφατα καθηγητής στο ΜΙΤ και άλλος ένας στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις ατ Ουρμπνα Σαμπειν». Η μεγαλύτερη ικανοποίηση για ένα δάσκαλο, όπως λέει, είναι: «Να διαμορφώνεις νέους επιτυχημένους δασκάλους και να βλέπεις τη συνέχεια, στην πορεία του ερευνητικού έργου σου».