Un niveau avancé de puissance de calcul pour les universités
L’UMBC relève des défis avec IBM Cloud for Education
Campus de l’UMBC

Chaque fois qu’un médecin met à jour un dossier patient, qu’un laboratoire dévoile un rapport de test ou qu’un nouvel article de recherche est publié, le tsunami des données de santé atteint de nouveaux sommets. À un taux estimé à 36 % par an, les données de santé augmentent encore plus rapidement que les données multimédias, manufacturières et financières, tout comme la nécessité d’utiliser ces informations vitales pour améliorer la qualité des soins de santé et contrôler les coûts.

Cependant, deux grands obstacles empêchent de libérer tout le potentiel du big data de santé. Tout d’abord, la plupart des données de santé, telles que les notes médicales en format libre, ne sont pas structurées, ce qui rend difficiles l’analyse et le partage des dossiers médicaux électroniques. En outre, la loi Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) des États-Unis réglemente strictement l’accès aux données de santé protégées et pénalise les violations de la vie privée des patients.

« Les données de santé représentent un défi passionnant », explique le Dr Karuna Joshi, professeure agrégée de systèmes d’information à l’université du Maryland, comté de Baltimore (UMBC, acronyme anglais d’University of Maryland, Baltimore County) et directrice du Centre d’analytique en temps réel accélérée de l’UMBC. « La plupart d’entre elles sont des données textuelles et très sensibles qui ne peuvent pas être partagées librement. Cependant, cette énorme quantité de données doit être partagée, en particulier au vu de la situation liée à la COVID-19. Alors, comment analyser les données sans enfreindre la confidentialité et la sécurité ? »

Automatisation

 

Fourniture de services cloud pour une étude révolutionnaire sur les soins de santé afin d’automatiser les réglementations HIPAA et d’accélérer l’accès aux données chiffrées

Solutions pour les étudiants

 

Fourniture d’une solution éducative sur le cloud pour aider les professeurs à enseigner l’informatique et l’ingénierie électrique

Le dilemme des données est davantage amplifié par le volume considérable de données de santé auxquelles il faut accéder. « Nous avons des milliards de dossiers de santé et nous avons besoin de systèmes pour traiter automatiquement ces informations, car leur traitement manuel serait trop chronophage », explique le Dr K. Joshi.

Le Dr K. Joshi et son équipe d’analytique des données à l’UMBC ont constaté un besoin urgent d’outils de recherche capables d’accélérer et d’automatiser l’accès au big data de santé, malgré les obstacles liés aux données non structurées et aux règles de confidentialité. Mais pour soutenir cette recherche complexe, ils avaient besoin de ressources informatiques dépassant les capacités des ordinateurs portables, des ordinateurs de bureau et des systèmes informatiques traditionnels. « J’ai découvert la technologie cloud et l’informatique virtuelle grâce à IBM, explique le Dr K. Joshi, et il me semblait naturel de collaborer avec IBM Cloud for Education. »

IBM Cloud for Education dispose d’un ensemble d’outils très riche, et de nombreuses applications et services que nous pouvons facilement utiliser, de sorte que les étudiants n’ont pas besoin de programmer beaucoup. IBM est également très réceptive à la collaboration avec les chercheurs. Si j’ai une idée, je sais que je peux trouver quelqu’un qui pourra s’y intéresser. Dr Karuna Joshi Professeure agrégée de systèmes d’information, Université du Maryland, Comté de Baltimore et directrice du Centre d’analytique accélérée en temps réel de l’UMBC
Big data et recherches approfondies

Lorsque le Dr K. Joshi et son équipe de recherche ont commencé à étudier des moyens d’analyser des données de santé hautement réglementées et chiffrées, l’une des principales questions tournait autour du chiffrement. « Vous devez comprendre et prendre des décisions rapidement dans le domaine de la santé, mais si vous commencez à déchiffrer les énormes volumes de données concernés, il vous faudra des jours pour les déchiffrer, explique le Dr K. Joshi. Alors, comment préserver le chiffrement des données tout en laissant les algorithmes et les mécanismes de contrôle d’accès fonctionner ? En effet, vouloir interroger une énorme quantité de données chiffrées sans déchiffrement, voilà un cauchemar informatique. »

En développant de nouvelles approches à l’aide du chiffrement et du raisonnement sémantique, l’équipe de recherche du Dr K. Joshi a pu prendre de petits instantanés des données et déchiffrer de petites sections pour en extraire les informations nécessaires, sans perdre du temps à déchiffrer. « Nous tentons d’innover en utilisant des approches de l’IA et l’apprentissage profond pour accéder aux informations sans déchiffrer les données », explique le Dr K. Joshi.

En utilisant l’outil IBM Cloud for Education pour affiner cette stratégie, l’équipe de l’UMBC a récemment publié deux articles importants de recherche sur ce sujet, notamment « A Semantically Rich Knowledge Graph to Automate HIPAA Regulations for Cloud Health IT Services » (Un graphe de connaissances sémantiquement riche pour automatiser les réglementations HIPAA pour les services informatiques d’intégrité du cloud) pour la conférence Big Data Security 2022, et « Delegated Access Control using Attribute-Based Encryption » (Contrôle d’accès délégué à l’aide du chiffrement par attribut) , parrainé par l’Office of Naval Research.

« Nos approches de raisonnement sémantique et de chiffrement ont été très bien reçues par la communauté de recherche, explique le Dr K. Joshi. Les entreprises ont des politiques et les organisations ont des règles sur la façon dont les données doivent être chiffrées et envoyées sur Internet. Ces règles ne peuvent pas être automatisées maintenant et notre objectif est d’automatiser ces politiques. »

Elle poursuit : « Le cloud est une excellente solution pour ces tâches, car il est disponible à tout moment. Tout le monde peut le partager facilement. Étant donné l’importance des exigences de calcul pour notre recherche, le cloud sera très important dans notre travail. La communauté de recherche est enthousiaste à cette idée, ainsi que la communauté médicale avec laquelle nous collaborons. »

Intégrer le cloud au programme

Le Dr Anupam Joshi est professeur de la Famille Oros et président du département d’Informatique et d’ingénierie électrique (CSEE, acronyme anglais de Computer Science and Electrical Engineering) de l’UMBC. Il a utilisé IBM Cloud for Education pendant des années pour soutenir ses projets de recherche.

« Par exemple, je réalise actuellement un projet avec les États-Unis et le Japon pour comprendre l’isolement social chez les personnes âgées, explique le Dr A. Joshi. Cette étude repose sur les données audio recueillies lors des conversations, et les outils d’analyse d’IBM Cloud nous donnent le ton et l’humeur des conversations, tout en préservant la confidentialité. »

Le Dr A. Joshi accompagne également les étudiants de troisième cycle qui utilisent IBM Cloud pour leurs projets de recherche et le développement de thèses. « Les commentaires de mes étudiants sont unanimement positifs, dit-il. Par exemple, lorsque l’un de mes étudiants a rencontré un problème, celui-ci a été résolu en une heure. Les étudiants de deuxième cycle sont soumis à des contraintes de temps et apprécient réellement qu’une entreprise de la taille d’IBM réponde aux demandes si rapidement. »

D’après son expérience de recherche avec IBM Cloud for Education, le Dr A. Joshi a choisi la plateforme Education Solutions on IBM Cloud pour enseigner le cours d’ingénierie informatique de haut niveau de l’UMBC sur les systèmes d’exploitation. « En dehors des algorithmes, les systèmes d’exploitation sont l’un des cours les plus difficiles à suivre dans un bon programme en informatique, explique le Dr A. Joshi. Pour réaliser les tâches que ce cours exigeait, nous l’avons transféré sur IBM Cloud afin de profiter de l’évolutivité du cloud. »

Dans le cadre du cours, les étudiants doivent apporter des modifications au noyau Linux et redémarrer le système d’exploitation avec leur propre noyau. « La compilation d’un noyau Linux peut prendre beaucoup de temps sur votre propre machine et vous devez configurer une "grande boîte", explique-t-il. En raison de la demande élastique, nous pouvons faire tourner les Virtual Machines sur le cloud tout au long du semestre lorsque les projets sont dus. »

Les étudiants de l’UMBC auront également la possibilité de travailler sur des Virtual Machines dans IBM Cloud, où ils pourront faire des tests, gérer leur travail et acquérir une expérience en VM pour la préparation des travaux d’ingénierie informatique.

L’enseignement informatique basé sur le cloud répond au fait que de nombreux étudiants proviennent de populations défavorisées et ne peuvent pas se permettre de puissants ordinateurs portables. « L’UMBC souhaite une "excellence inclusive". Nous accueillons tous les nouveaux arrivants et nous nous efforçons de leur donner les moyens de réussir, explique le Dr A. Joshi. Au lieu de laisser les étudiants acheter des machines coûteuses et à la pointe de la technologie, les ressources d’IBM Cloud leur donnent accès au matériel et aux logiciels qu’ils n’ont pas forcément sur leurs propres machines. »

Passer au cloud computing

En plus d’IBM Cloud for Education et d’Education Solutions on IBM Cloud, d’autres solutions et services IBM contribuent à la recherche et à l’enseignement de l’UMBC :

  • IBM Cloud Bare Metal Servers, qui exécute les workloads IBM Cloud for Education sur des serveurs entièrement dédiés pour des performances maximales et une location unique riche en sécurité.
  • IBM Cloud Satellite Infrastructure Service, une solution cloud distribuée qui déploie et exécute des applications sur des clouds publics, des centres de données sur site et des systèmes edge computing.
  • IBM Cloud App ID pour ajouter l’authentification, sécuriser les back-ends et les API, et gérer les données propres aux utilisateurs pour les applications mobiles et Web.
  • IBM Cloud Object Storage avec stockage cloud flexible, économique et évolutif dans des emplacements distants pour les données non structurées telles que les dossiers médicaux et les données d’imagerie.
  • IBM Db2 on Cloud, une base de données SQL cloud gérée dotée de capacités d’IA qui offre une équipe dédiée aux opérations, une récupération ponctuelle et une évolutivité indépendante pour les applications d’entreprise.
  • Red Hat OpenShift on IBM Cloud pour automatiser les mises à jour, la mise à l’échelle et le provisionnement avec la résilience nécessaire pour gérer les surcharges imprévues.

IBM Cloud for Education est la culmination des années de collaboration entre IBM et les universités aux États-Unis et en Europe. « IBM Cloud for Education est basé sur une solution développée par IBM il y a près de deux décennies, appelée Virtual Computing Lab (VCL). L’État de Caroline du Nord était l’établissement principal et l’UMBC a rejoint le processus très tôt, explique le Dr A. Joshi. Il s’agit de l’une des premières solutions cloud développées spécifiquement pour l’enseignement, à une époque où le terme "cloud computing" n’avait pas encore fait son apparition. »

« IBM m’a fourni l’accès au VCL et c’est ainsi que j’ai découvert la technologie cloud et les Virtual Machines, explique le Dr K. Joshi. IBM a également été très réceptive à la collaboration avec les chercheurs et à l’échange d’informations et d’idées. Si j’ai une idée, je sais que je peux trouver quelqu’un qui pourra s’y intéresser. »

Par exemple, elle se souvient lorsqu’un avocat d’IBM est venu à l’UMBC pour une discussion et qu’elle l’a rencontré ultérieurement pour discuter de certains des défis juridiques liés à la conformité des données. « L’avocat a passé une demi-heure avec moi. Il est très rare de voir le conseiller juridique d’une grande entreprise discuter des idées de recherche. C’est une autre raison pour laquelle notre relation avec IBM Cloud fonctionne. »

Un avenir universitaire pour le cloud

À l’automne 2022, le Dr K. Joshi enseignera l’analytique de données de niveau professionnel et prévoit d’utiliser les ressources d’IBM Cloud for Education pour aider ses étudiants. « Je cherche à ce que mes étudiants aient accès aux outils IBM Watson Analytics. Ils aimeraient étudier le logiciel afin d’en devenir experts lors de leur remise de diplôme, et c’est l’une des collaborations que j’espère mettre en place. »

En plus de soutenir la recherche universitaire et l’enseignement en classe, IBM Cloud for Education a également été développé comme une plateforme cloud polyvalente. Elle peut soutenir le côté commercial des universités et un laboratoire d’applications résidant sur la plateforme peut s’intégrer à d’autres services IBM intéressants pour les membres du corps enseignant, notamment l’IA, la blockchain, l’IdO et d’autres solutions.

IBM Cloud for Education est également pris en charge par IBM Center for Advanced Studies (CAST), qui gère les relations universitaires pour l’une des plus grandes communautés de développement IBM, notamment l’UMBC et de nombreuses autres établissements nord-américains d’enseignement supérieur.

« Nous pensons qu’IBM Cloud for Education est la bonne voie pour l’avenir, en particulier pour les cours spécialisés qui nécessitent des combinaisons matérielles et logicielles spéciales telles que l’ingénierie et la sécurité informatiques, déclare le Dr A. Joshi. Nous continuerons d’explorer les possibilités et d’exploiter l’enthousiasme que nous avons pour cette ressource informatique. »

Logo UMBC
À propos de l’université du Maryland, comté de Baltimore

L’UMBC (lien externe à ibm.com) est une université de recherche publique connue pour son enseignement innovant, sa recherche à fort impact et une communauté de soutien qui favorise et inspire la curiosité. L’UMBC accueille 14 000 étudiants de premier et deuxième cycles et constitue l’une des communautés éducatives les plus inclusives du pays. Le US News & World Report classe l’UMBC sixième au niveau national dans le domaine de l’enseignement et de l’innovation, et NSF classe l’UMBC parmi les meilleures universités de recherche fédérale, en particulier dans le financement de la NASA et des sciences sociales. L’université contribue au développement économique par le biais de partenariats avec le gouvernement et l’industrie qui favorisent l’esprit d’entreprise, la formation du personnel, l’enseignement de la maternelle au supérieur et la commercialisation de la technologie.

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