Шапиро, Эхуд

Шапиро внёс вклад в различные научные дисциплины. Он предложил алгоритмическую интерпретацию методологии Карла Поппера, разработал алгоритмы локализации ошибок для автоматизации отладки программ, объединил параллельное и распределённое программирование с помощью логического языка. Также он исследовал использование метавселенной для социальных сетей, создание молекулярных компьютеров в качестве программируемых лекарств, изучение дерева клеточных линий человека с помощью геномики одиночных клеток^[7] и поддержку цифровой демократии через архитектуру Grassroots.

Поппер предполагал, что все научные теории подвержены ошибкам, а опровержение старых теорий является главным процессом научного открытия. Шапиро попытался дать алгоритмическую интерпретацию этому подходу, автоматизировав метод догадок и опровержений. Он обобщил это в алгоритм обратного отслеживания противоречий. Алгоритм применяется при возникновении противоречия между теорией и фактами, позволяя найти ложную гипотезу и предоставить контрпример.

Шапиро заложил теоретические основы индуктивного логического программирования и создал его первую реализацию — систему логического вывода моделей на языке Prolog.

Алгоритмическая отладка была разработана Шапиро во время работы над докторской диссертацией^[8]. Он реализовал этот метод на языке Prolog для отладки логических программ.

В логических программах ошибки проявляются как неполнота (невозможность доказать истинное утверждение) или некорректность (возможность доказать ложное утверждение). Алгоритм идентифицирует ложное утверждение и предоставляет контрпример, либо находит недостающее истинное утверждение. Также был разработан метод обработки незавершающихся программ. Впоследствии подход был расширен на другие языки программирования^[9].

Проект вычислительных систем пятого поколения (FGCS) был инициативой Министерства международной торговли и промышленности Японии, начатой в 1982 году для создания компьютера с использованием параллельных вычислений.

Во время визита в Институт вычислительной техники нового поколения (ICOT) в 1982 году Шапиро изобрёл Concurrent Prolog — язык, объединяющий логическое и конкурентное программирование. Он описал язык в техническом отчёте ICOT. Работа Шапиро повлияла на изменение направления проекта FGCS в сторону конкурентного логического программирования. Это также вдохновило создание языка Guarded Horn Clauses (GHC), который стал основой языка KL1, разработанного в рамках проекта.

В 1993 году Шапиро взял отпуск в Институте Вейцмана, чтобы основать израильский интернет-стартап Ubique Ltd. Компания разработала раннюю 2D-метавселенную и программное обеспечение для социальных сетей Virtual Places, включавшее обмен мгновенными сообщениями, чаты, совместный просмотр веб-страниц и онлайн-игры. В 1995 году Ubique была продана компании America Online за 14,5 млн долларов^[10], выкуплена руководством в 1997 году и снова продана IBM в 1998 году. Технология Ubique легла в основу продукта IBM SameTime.

В 2002 году Шапиро и его аспирантка Авив Регев опубликовали статью в журнале Nature, в которой предложили использовать абстракции информатики для изучения биомолекулярных систем. Они исследовали абстракцию «молекула как вычисление», где система взаимодействующих молекул моделируется как система вычислений. Шапиро разработал абстрактные компьютерные языки для спецификации биомолекулярных систем, включая регуляторные и метаболические пути^[11].

Впоследствии эта работа была продолжена исследователями из IBM, разработавшими Stochastic Pi Calculus Machine. Позднее область эволюционировала в синтез молекулярных вычислений и молекулярного программирования^[12].

Объединив информатику и молекулярную биологию, исследователи начали работу над программируемым биологическим компьютером для диагностики заболеваний внутри человеческого тела. Шапиро назвал эту концепцию «Врач в клетке». Его группа разработала молекулярный компьютер из биологических молекул, реализующий математическую модель конечного автомата. В 2003 году устройство было занесено в Книгу рекордов Гиннесса как самый маленький молекулярный компьютер^[13]. Компьютер был запрограммирован на выявление молекулярных изменений, указывающих на наличие рака, и высвобождение лекарства, вызывающего самоуничтожение раковых клеток. За эту работу Шапиро был включён в список «Scientific American 50» в 2004 году^[14].

В 2009 году Шапиро и аспирант Том Ран представили прототип автономной программируемой молекулярной системы на основе цепей ДНК, способной выполнять простые логические выводы. Команда также разработала компилятор для перевода кода с языка программирования высокого уровня в код для вычислений на ДНК.

В 2012 году исследователи создали генетическое устройство, работающее в бактериальных клетках. В последующих исследованиях команда Яакова Бененсона создала молекулярный компьютер, излечивающий определённый тип рака у мышей^[15].

Шапиро разработал метод синтеза безошибочных молекул ДНК из строительных блоков, подверженных ошибкам. Программирование ДНК аналогично компьютерному программированию: цикл включает изменение молекулы, тестирование её поведения и итерацию до достижения цели. Шапиро основал консорциум CADMAD для автоматизированного проектирования и производства библиотек ДНК.

В 2005 году Шапиро представил концепцию изучения дерева клеточных линий человека. История развития человеческого тела от одной клетки фиксируется в этом дереве. В выступлении на TEDxTel-Aviv Шапиро описал систему и предложил проект для изучения дерева клеточных линий в норме и при патологии^[16].

Шапиро исследовал возможности применения интернета для развития демократии. Опираясь на Декларацию прав человека и гражданина 1789 года, он выделил ценности цифровой демократии, главной из которых является равенство. Команда Шапиро в Институте Вейцмана изучала различные аспекты равенства: в голосовании с защитой от атак Сивиллы, в выдвижении предложений, в формировании коалиций, в создании конституций и в разделении сообществ.

Шапиро предложил альтернативную архитектуру для цифровой среды под названием «низовая цифровая демократия» (grassroots digital democracy). Распределённая система является низовой, если она может иметь автономные экземпляры, которые могут взаимодействовать при объединении. В 2012 году Шапиро инициировал проект «открытой партии» для поддержки прямой демократии через интернет. В 2020 году он основал политическую партию Democratit.