Artykuł w Uranii 1/2024 o CREDO

Gratka dla wszystkich CREDO Science - maniaków. W najnowszym numerze Urania - Postępy Astronomii 1/2024 duży artykuł mojego autorstwa o szczegółach projektu. Zachęcam do zapoznania się wszystkich zainteresowanych tematem promieniowania kosmicznego.

1st CREDO Visegard Workshop 2024

Moje wystąpienie z uwagami technicznymi do projektu CREDO, które przedstawiłem na styczniowej konferencji "1st CREDO Visegrad Workshop 2024", która odbyła się w dniach 15–17 stycznia 2024 w IFJ PAN w Krakowie. Wystąpienie jest po angielsku, ale można włączyć napisy z opcją automatycznego tłumaczenia. Z pozostałymi materiałami konferencyjnymi można zapoznać się na kanale YT projektu CREDO.

Wykorzystanie urządzeń z systemem Windows w projekcie CREDO

Od chwili rozpoczęcia udziału w projekcie CREDO, zastanawialiśmy się nad sposobem wykorzystania innych urządzeń niż telefon komórkowy działający pod systemem Android, do rejestracji śladów cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego. Co prawda smartfon jest tanim i niskokosztowym rozwiązaniem, zarówno w zakupie jak i eksploatacji, ale ciekawym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie powszechnie używanych laptopów, tabletów i komputerów PC wyposażonych w kamerki CMOS, pracujących pod kontrolą systemu Windows. Takie urządzenia nie musiałyby pracować w sposób ciągły, ale np. wspomóc proces rejestracji cząstek podczas normalnej pracy w warunkach domowych, bez zbytniego obciążania systemu. Jest u pewna analogia z projektem BOINC, który wykorzystuje niewykorzystaną moc obliczeniową PC do prowadzenia rozproszonych obliczeń naukowych w czasie, gdy nie wykorzystujemy znacząco zasobów komputera.

Co prawda na platformie GITHUB znajdują się źródła do wykorzystania aplikacji CREDO Detector pod Windowsem, ale są dosyć stare, dawno nie aktualizowane i wymagają pewnej znajomości środowiska Python.

Kolega Zbigniew Jankowski z lubelskiego Oddziału PTMA przetestował inną możliwość uruchomienia aplikacji CREDO Detector pod Windowsem - wykorzystał w tym celu emulator Androida działający pod Windowsem, umożliwiający natywne uruchamianie aplikacji ze sklepu Google Play. Poniżej przedstawiam krótką instrukcję sporządzoną przez Zbyszka dla zainteresowanych "credomaniaków".

Okazuje się, że można uruchomić CREDO Detector na laptopie. Są dostępne maszyny androida na system Windows, np. BLUESTACKS. Wchodzimy na bluestacks.com i pobieramy:

Pobiera się BlueStacks Installer o nazwie np. (zależna od aktualnej wersji):

BlueStacks10Installer_10.0.3.1002_native_9d445045f3dddca633e74ff1b0bf1f74_MDs1LDM7MTUsMTsxNSw0OzE1.exe

Trzeba ten program uruchomić, potwierdzić uruchomienie w systemie Windows. Po instalacji uruchamia się platforma gier z możliwością pobrania aplikacji z Google Play:

Wyszukujemy Credo Detector:

Klikamy i Credo Detector się instaluje. Po instalacji znajduje się w „Moich grach” (serduszko z lewej strony):

Uruchamiamy i mamy detektor na laptopie:

Oczywiście trzeba zakleić kamerę, zalogować się na konto CREDO, poeksperymentować z ustawieniami. U mnie działa 😉

Zbyszek Jankowski

Jak widać na załączonym zrzucie ekranu, aplikacja działa i zlicza zdarzenia na koncie użytkownika, które następnie są przekazywane na serwery CREDO. Gorąco zachęcam do eksperymentowania.

V edycja konkursu "Łowcy cząstek"

 

V edycja konkursu "Łowcy cząstek" rozpoczęta!

W ramach popularyzacji projektu CREDO, organizatorzy po raz piąty przygotowali platformę zliczającą rejestracje wysokoenergetycznych śladów cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego za pomocą smartfonów. Drużyny zarejestrowane w poprzedniej edycji konkursu nie muszą przechodzić ponownie procesu rejestracji. Za to serdecznie witamy nowy team "PTMA Warszawa", który obok teamu "PTMA Lublin" rozpoczął rywalizację w konkursie, popularyzując temat w środowisku miłośników astronomii.

(źródło: https://www.facebook.com/credo.science/posts/565216198941590)

Korzystając z materiałów uzyskanych od organizatora - Pana mgr. inż. Sławomira Stuglika z IFJ PAN w Krakowie - poniżej przedrukowuję najważniejsze informacje dotyczące konkursu:

W konkursie prowadzone są dwie kategorie

a) Maraton

Brany pod uwagę jest zarówno czas pracy jak i liczba detekcji wykryta przez wszystkie urządzenia zespołu w czasie trwania konkursu (od 7 listopada 2022 do 1 czerwca 2023r). Za każde 50 detekcji zespół otrzyma 1 punkt oraz za każde 5 godzin pracy przyznawany jest 1 punkt. Dodatkowo by wynagrodzić aktywne zespoły wprowadzone są punkty bonusowe m.in za liczbę dni aktywnych w ciągu miesiąca - zarówno jako pojedynczy uczestnik jak i zespół. Szczegółowe informacje o punktacji i premiach można znaleźć w regulaminie dostępnym w wersji pdf pod linkiem:

https://credo.science/particle_hunters/download/Particle_Hunters_2022_23.pdf

rozdział V i VI. Wersja polska regulaminu jest od strony 8.

b) Liga

Odbywa się raz w miesiącu i trwa przez 10 godzin - od godziny 21:00 12-tego dnia miesiąca do godziny 7:00 13-tego dnia miesiąca. W tej kategorii o kolejności zespołów w danym miesiącu decyduje liczba

cząstek wychwyconych podczas tej jednej nocy. Drużyny otrzymują punkty za zajęte miejsce w danym miesiącu według zasady:

• Jeśli zarejestrowanych jest n drużyn, to drużyna, która zdobędzie najwięcej cząstek otrzymuje n punktów, następna n-1 itd. Punkty z każdego miesiąca są sumowane, a drużyna która będzie mieć największą liczbę punktów na koniec rozgrywek wygrywa ligę.

Uwaga!

Najbliższa Liga odbędzie się 12 listopada od godz 21:00 i potrwa do 13 listopada godz. 7:00. Jako, że jest to pierwsza liga V edycji konkursu oraz odbywa się w dłuższym weekendzie (11.11- 13.11) postanowiliśmy, że każdemu zespołu który weźmie udział w wydarzeniu z co-najmniej 2 uczestnikami przyznamy bonusowe 5 punktów do wyniku końcowego.

Czyli jeśli przy 25 zarejestrowanych zespołach

• zespół z największą liczbą detekcji otrzymałby 25 punktów z bonusowymi punktami otrzyma 30 punktów 
• zespół z drugiego miejsca otrzymałby 24 punktów - dzięki bonusowym punktom za ligę w miesiącu listopad do finalnego wyniku otrzyma 29 punktów,
• trzeci zespół otrzyma 28 itd.

Przydatne linki na stronie konkursowej

1) Ogólne wyniki z Maratonu - aktualizowane minimum 2 razy w tygodniu - kontrolna aktualizacja na początku nowego miesiąca. Po kliknięciu w nazwę zespołu można przejść do podstrony wybranego zespołu i zobaczyć aktywnych uczestników zespołu, kliknięcie na nazwę użytkownika pozwoli zobaczyć jego wyniki podzielone wg dnia, klikając w dany dzień można oglądać detekcje tylko z tego dnia. Przy dużej liczbie wykryć podstrona użytkownika może wczytywać się trochę dłużej (np 30s).

2) Wyniki z ostatniego wydarzenia Liga: strona niedostępna do czasu zakończenia pierwszego wydarzenia z tej kategorii (najwcześniej dostępna 14 listopada br.)

3) Strona "score" - podstrona "score" zawiera przyciski pozwalające przejść do wyników z maratonu, ligi oraz podstron zawierających punkty bonusowe jakie zespół uzyskał w danej kategorii. Część podstron z bonusami będzie dostępna w następnym miesiącu po podliczeniu premii miesiąca.

4) Zasady Maratonu i Liga (przekierowanie na te strony można znaleźć na podstronie "score")

5) Materiały ogólnodostępne i popularnonaukowe CREDO

6) Poradnik (user-guide) dla użytkowników Aplikacji CREDO Detector - wersja Androida

https://credo.science/particle_hunters/download/PL-UserGuide.pdf

Zapraszam zainteresowanych do udziału w konkursie.

Projekt CREDO w skrócie

1. Międzynarodowy Projekt Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO), został zainicjowany w 2016 roku w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie przez prof. IFJ PAN dra hab. Piotra Homolę, który jest pomysłodawcą, inicjatorem Współpracy i jej głównym koordynatorem. IFJ PAN pełni rolę instytucjonalnego lidera Współpracy, z największym wkładem osobowym (zarówno w sensie naukowym jak i administracyjnym) oraz finansowym. 

2. Głównym celem CREDO jest poszukiwanie sygnatur zespołów promieni kosmicznych, angażując możliwie wielu uczestników bez wymagania konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy bądź umiejętności (ang. citizen scientists).

3. Energie przenoszone przez cząstki pierwotnego promieniowania kosmicznego (1E20 eV) dziesiątki milionów razy przewyższają energię uzyskiwaną podczas zderzeń w naziemnych akceleratorach (1E13 eV) - wielkość technicznie nieosiągalna w najbliższej przyszłości.

4. Zderzenia cząstek w górnych warstwach atmosfery generują potoki (deszcze) cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego, które swoją intensywnością i zasięgiem mogą obejmować cały widoczny obszar planety. Wtórne promieniowanie kosmiczne o niskiej energii, jako efekt oddziaływania i rozpadu cząstek, może być wtedy wykrywane za pomocą detektorów półprzewodnikowych (jak to ma miejsce w np. w LHC) - m.in. za pomocą matryc fotograficznych CMOS.

5. Ponieważ technicznie nie da się zbudować jednego gigantycznego detektora o powierzchni porównywalnej z powierzchnią planety, można wykorzystać dużą ilość małych detektorów rozsianych po powierzchni. Tym sposobem otrzymujemy „darmowy” akcelerator cząstek, którego nie zbudujemy na kształt np. LHC.

6. Smartfon z zamaskowanym (zaklejonym) otworem kamery rejestruje tylko ślady wysokoenergetyczne (ok. 150 zdarzeń na dobę) , które potrafią przebić się przez jego obudowę - fotony światła widzialnego nie są rejestrowane. Włączony GPS i kompas w telefonie dokładnie lokalizuje położenie, a dokładny czas pobierany jest z internetowego zegara atomowego.

7. Projekt jest całkowicie darmowy dla użytkowników smartfonów, jedyny koszt to parę złotych miesięcznie związanych z zasilaniem telefonu. Aplikacja sterująca telefonem jest darmowa do pobrania ze sklepu Android lub IOS. Wsparciem dla użytkowników jest forum tematyczne zawierające również sekcję FAQ.

8. Koordynatorzy z IFJ PAN, w zależności od dostępności środków finansowych i grantów, przeprowadzają konkursy i zawody w wykrywaniu cząstek zarówno dla osób indywidualnych jak i grup i organizacji w celu popularyzacji projektu i przyciągnięcia nowych użytkowników rejestrujących cząstki promieniowania kosmicznego. Nagrodami są dyplomy i drobne upominki.

9. Oddział w Lublinie PTMA uczestniczy w projekcie (jako team “PTMA Lublin”) od listopada 2021 roku - w konkursie organizowanym przez IFJ PAN na wykrycie jak największej ilości cząstek, team zajął jedno z pierwszych miejsc (wyniki zostaną ogłoszone w wakacje 2022 roku). W Oddziale w Lublinie PTMA przygotowana została prezentacja promująca temat - zaprezentowana podczas spotkania on-line w czerwcu 2022 roku w warszawskim oddziale PTMA zaowocowała nawiązaniem współpracy pomiędzy oddziałami w zakresie uczestnictwa i popularyzacji projektu CREDO. Opublikowano również kilka informacji technicznych związanych z eksploatacją stanowiska do wykrywania cząstek.

10. Instytucjonalna współpraca pomiędzy PTMA i CREDO została potwierdzona poprzez podpisanie Memorandum o współpracy pomiędzy instytucjami w sierpniu 2022 roku.

11. Więcej informacji źródłowych można uzyskać na platformach społecznościowych Facebook, Twitter, YouTube i LinkedIn.

Wygląd typowej stacji do wykrywania zdarzeń w ramach projektu CREDO.

Prezentacja o projekcie CREDO

 Prezentacja przygotowana dla potrzeb promocji projektu CREDO na spotkania PTMA Oddział w Lublinie.

Kilka uwag do projektu CREDO

Od kilkunastu miesięcy uczestniczę w projekcie CREDO, prowadzonym przez Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. W celu wykrywania cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego, zbudowałem stację pomiarową, składającą się z trzech telefonów komórkowych Samsung Galaxy Ace 4 (SM-G357FZ). Poniżej znajduje się slajd z mojej prezentacji przygotowanej na spotkania PTMA Odział w Lublinie, prezentujący działające urządzenia.

Długi okres eksploatacji pozwolił mi na sformułowanie kilku uwag dotyczących eksploatacji stanowiska - prezentuję je poniżej.

Akumulatory i zasilanie

W celu uniknięcia problemów związanych z możliwością uszkodzenia baterii pracującej w trybie ciągłym, sugeruję wykonanie dwóch czynności.

1.Po pierwsze należy zaopatrzyć się w nowe, oryginalne baterie (koszt to kilkadziesiąt złotych) - możemy monitorować wtedy ich stan od "nowości" (temperaturę, grubość (czy nie "puchną")). 

2. Po drugie instalujemy aplikację Battery Charge Limit, która pozwoli nam ograniczyć poziom ładowania baterii przez ładowarkę do 80% pojemności - pozwala to na znaczne wydłużenie trwałości akumulatora. Na forum XDA znajduje się dokładny opis działania aplikacji.

Niestety, aby zainstalować i uruchomić BCL, niezbędne jest wykonanie tzw. "roota" - uzyskanie uprawnień administratora w systemie android. Opis wykonania i niezbędne pliki znajdziemy np. tu, albo tu. Bardzo ważne jest dokładne sprawdzenie wersji firmware'u telefonu i pobranie oraz załadowanie odpowiedniej wersji softu. Jeśli nie czujemy się na siłach, za kilkanaście złotych dowolny punkt naprawy telefonów wykona nam taką usługę.

Kolejna sprawa związana z zasilaniem, to dobrej jakości kable zasilające USB oraz ładowarka do telefonów komórkowych. W przypadku pojedynczego telefonu najlepiej sprawdzi się fabryczna ładowarka. Przy kilku telefonach lepsza będzie ładowarka wielokanałowa, umożliwiająca jednoczesne ładowanie wszystkich telefonów. Z uwagi na pojemność baterii w Samsungu, sugeruje się, aby prąd ładowania wynosił ok. 2A - dodając prąd potrzebny podczas pracy telefonu (kolejne 2-3A), wystarczająca będzie ładowarka o mocy ok. 10W na kanał. 

Temperatura i lokalizacja położenia

Telefon prowadzący detekcje w trybie ciągłym, posiada włączoną kamerę w trybie filmowania. W celu ograniczenia zużycia energii i mocy obliczeniowej, rozdzielczość kamery CMOS jest programowo ograniczona do 25% (np. kamera HD pracuje tylko z rozdzielczością 640x480 pix). Mimo tych ograniczeń, wszystkie elementy telefonu emitują ciepło (kamera, procesor, elementy zasilania, moduł WiFi). Aby ochłodzić telefon i bezpiecznie rozproszyć emitowane ciepło, można użyć (jak w moim przypadku) podstawki chłodzącej do laptopa, na której leżą elementy stacji rejestrującej. Jest to wystarczające rozwiązanie - bezpieczne i ciche.

Nie wszystkie starsze telefony posiadają wbudowany kompas - a wraz ze zdjęciem przesyłane jest również dużo dodatkowych informacji, min. azymut. Nie wiem w tej chwili, czy ta informacja jest wykorzystywana przez serwery CREDO, ale warto zorientować komórki tak, aby wskazywały kierunek północny (azymut 0 st.).

Sprzętowa ingerencja w proces rejestracji

W przypadku nowych lub topowych telefonów komórkowych, możemy spotkać się z kilkoma problemami uniemożliwiającymi pracę aplikacji CREDO.

1. Sprzętowe usuwanie artefaktów przez elektronikę aparatu fotograficznego, uniemożliwiające rejestrację śladów na matrycy CMOS.

2. Funkcje oszczędzania energii hibernujące aplikacje działające w tle po wygaszeniu ekranu, dla nowszych wersji androida.

Na forum CREDO możemy zgłosić takie problemy, lub spróbować znaleźć ich rozwiązanie. Miejmy nadzieję, że nowe wersje aplikacji CREDO Detector 2 rozwiążą problemy z nowoczesnymi telefonami.

Otoczenie EM

Ważne jest umieszczenie telefonów rejestrujących cząstki wysokoenergetyczne z dala od źródeł silnego promieniowania EM, gdyż może to zakłócić odczyty. Unikamy takich miejsc jak routery i wzmacniacze WiFi, ładowarki/przetwornice oświetleniowe LED, telewizory/monitory kineskopowe, kuchenki mikrofalowe itp. Myślę, ze wystarczy zachować odległość paru metrów, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo nieprawidłowych odczytów.

Należy unikać również użytkowania telefonów w pobliżu miejsc będących źródłem naturalnego promieniowania jonizującego. O ile nikt w warunkach domowych raczej nie posiada np. aparatu rentgenowskiego lub urządzeń do sterylizacji i konserwacji żywności, to granitowy blat lub parapet albo konstrukcja mieszkania z "wielkiej płyty" wykonana z popiołów poprzemysłowych mogą zakłócić pomiar promieniowania kosmicznego przez matryce CMOS. Podobnie jak niektóre owoce lub orzechy (banan, orzechy brazylijskie) mogą kumulować radioaktywne pierwiastki z otoczenia (potas, bar, rad).

Rejestratory przenoszone podczas pracy

Użytkownicy wykorzystują telefony do rejestracji zdarzeń podczas np. dłuższych podróży (autobus, metro, próby rejestracji w samolocie podczas lotu) - ważne są wtedy następujące zasady: dodatkowy powerbank dla zapewnienia zasilania, możliwość wentylacji telefonu zapobiegająca przegrzaniu oraz zachowanie szczególnej ostrożności podczas użytkowania wtyku zasilania (aby nie spowodować zwarcia, wyłamania gniazda, przerwania kabla).

Koszt eksploatacji

Na pierwszej fotografii znajduje się zdjęcie watomierza, przez który mam podłączone całe stanowisko. Jak widać, pobór energii dla 3 telefonów, podkładki chłodzącej i zasilacza wynosił ok. 6,6 W. W momencie wykonywania zdjęcia, akumulatory nie były ładowane (stan naładowania 80%), energia była zużywana tylko na pracę detektorów. Miesięczne zużycie energii wobec tego nie powinno przekroczyć 5 kWh - koszt poniżej 5 zł miesięcznie.

Bezpieczeństwo konta Google

Z uwagi na bardzo starą, niezabezpieczoną i niewspieraną wersję androida w starych telefonach komórkowych, nie zaleca się używania bieżącego konta Google'a do rejestracji telefonów. Ponieważ do instalacji aplikacji CREDO niezbędne jest zalogowanie się do sklepu Google Play, powinniśmy to zrobić na tymczasowo założonym koncie, a nie tym, które używamy np. do usług bankowych bądź innych w życiu codziennym. 

Istnieje możliwość instalacji aplikacji CREDO z repozytorium GITHUB, gdzie można pobrać skompilowany plik *.apk i przesłać kablem do pamięci aparatu i tam uruchomić instalację aplikacji.