دانيال شادوك هو المؤسس المشارك ل الأدوات السائلة وأستاذ الفيزياء في الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا. تحدث مع هاميش جونستون عن الابتكار في صناعة الاختبار والقياس
مع معدات الاختبار والقياس. (مجاملة: الأدوات السائلة)
ركز الكثير من مسيرتك البحثية على استخدام البصريات لقياس الاختلافات الصغيرة في الجاذبية ، بما في ذلك موجات الجاذبية. هل يمكنك وصف عملك الأكاديمي؟
اهتماماتي البحثية الأساسية في علم القياس البصري وقد عملت على LIGO و ليزا كاشفات موجات الجاذبية. أنا شخص شديد التوجّه نحو الهدف وقد انجذبت كثيرًا إلى تحديات القياس الكبيرة لاكتشاف موجات الجاذبية عندما بدأت العمل في هذا المجال كطالب دراسات عليا في عام 1996. بدا الأمر وكأنه مشكلة صعبة للغاية: كيف تصنع جهاز القياس الأكثر حساسية في العالم؟ كنت أعمل مع مئات الباحثين الآخرين ، وهو ما أعتقد أنه جعلنا جميعًا نشعر بقليل من الجنون. كان الأمر ممتعًا للغاية عندما اكتشف ليجو موجات الجاذبية في عام 2015.
خلال مسيرتي المهنية المبكرة ، أصبحت مهتمًا جدًا بجوانب حل المشكلات في القياس. لقد أمضينا الكثير من الوقت والجهد في بناء تقنية LIGO ، وبدأت أفكر في كيفية مشاركتها مع بقية العالم لحل تحديات القياس الأخرى. هذا ما دفعني إلى التعمق في فهم تكنولوجيا القياس على مستوى علمي أساسي للغاية.
لقد أسست Liquid Instruments في عام 2014 لأنك شعرت بالإحباط بسبب نقص الابتكار في صناعة الاختبار والقياس. ما هي مشاكل المجموعة المعروضة في ذلك الوقت؟
إنها واحدة من تلك الصناعات التي لم تتغير منذ عدة عقود. الأشخاص الذين استخدموا الذبذبات في السبعينيات أو حتى الستينيات سيجدون الأدوات الحديثة مألوفة. لم تواكب معدات الاختبار كيفية تفاعلنا مع التكنولوجيا - لم يكن استخدامها ممتعًا. لقد قامت العديد من الصناعات الأخرى بتحسين منتجاتها وتكييفها في ضوء التقنيات الرقمية الحديثة ، مما جعلني أدرك أنه إذا قمنا بتحسين كيفية تفاعل الأشخاص مع أجهزتهم ، فسيؤدي ذلك إلى تحسين حياتهم في المختبر.
في ذلك الوقت ، كان بحثي حول موجات الجاذبية يبتعد عن الكاشفات الأرضية مثل LIGO إلى الكاشفات الفضائية مثل ليزا باثفايندر. هذا يعني أنه كان علينا تغيير الطريقة التي أجرينا بها القياسات. يحتوي LIGO على ما يقرب من 100,000 قناة قياس ويتطلب جيشًا من طلاب الدراسات العليا وما بعد الدكتوراة للحفاظ على استمرارها. لا يمكنك فعل ذلك في الفضاء ، لذا كان التحدي يتمثل في إنشاء نوع جديد من نظام القياس يمكنك إطلاقه على صاروخ وتشغيله عن بُعد لمدة عقد من الزمان. لقد أدركنا أنه يتعين علينا الانتقال من نهج مادي متشدد للاختبار والقياس نحو نظام قائم على الكمبيوتر يستخدم برامج ذكية.
هل هذا عندما بدأت في استخدام رقائق الكمبيوتر ذات مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة (FPGA)؟
نعم. تكمن مشكلة محاولة إجراء الاختبار والقياس باستخدام جهاز كمبيوتر تقليدي في أنه لا يحتوي على الاتصالات المادية بالعالم الحقيقي اللازمة لإجراء قياسات دقيقة. ولكن كان هناك نوع جديد من شرائح الكمبيوتر التي سمعت عنها أثناء عملي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في أواخر التسعينيات - FPGA. FPGA هو جهاز كمبيوتر يمكن إعادة تكوينه بالكامل وإعادة توصيله في جزء من الثانية. بدت FPGA كمنصة مفيدة لدمج عالم أجهزة الكمبيوتر مع عالم الأجهزة وصنع شيء أكبر من مجموع أجزائه.
أدركنا أنه يمكننا استخدام FPGA لاستبدال مجموعة كبيرة من الأجهزة التقليدية بما في ذلك راسمات الذبذبات ومحللات الطيف ومولدات الإشارة ومضخمات القفل. هناك العشرات ، أو ربما حتى أكثر من 100 نوع مختلف من الأجهزة التي يمكن إنشاؤها باستخدام FPGAs.
يمكن لـ Moku-Pro تشغيل العديد من الأدوات في وقت واحد ، والتي قادرون على التواصل مع بعضهم البعض
ما هي فوائد نهج FPGA؟
لقد بدأنا في استخدام FPGAs لإنشاء مقياس طور لكاشف موجات الجاذبية LISA. لم نختار بنية قائمة على FPGA بسبب مرونتها. اخترناها في ذلك الوقت لأنها كانت الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها الحصول على الأداء الذي تطلبه LISA.
ومع ذلك ، أدركنا بسرعة أنه يمكننا إعادة تكوين FPGA للعمل ككوسيلوسكوب ، أو ربما كمحلل طيف. بشكل حاسم ، لاحظنا أن هذا النهج له الكثير من المزايا. كان هذا يعني أنه لم يكن علينا الذهاب والقتال من أجل المعدات مع الباحثين الآخرين في مختبر حيث كان لدينا محلل طيف واحد فقط. وهذا يعني أيضًا أنه يمكننا إجراء التجارب عن بُعد لأننا لم نضطر إلى توصيل الكابلات أو فصلها فعليًا لتبديل الأجهزة.
فائدة أخرى مهمة لنهج FPGA لدينا هي أنه يمكننا استخدام البرامج لتخصيص الأدوات للقيام بما نريده بالضبط. إذا أردنا تغيير الفلتر الموجود في مكبر الصوت المثبت لدينا ، على سبيل المثال ، فلن نضطر إلى فتح الصندوق وإخراج مكواة اللحام.
يمكننا إنشاء مجموعة متنوعة هائلة من الأدوات بجهاز واحد. ولأن هذا الجهاز كان مفيدًا بشكل لا يصدق ، فقد بذلنا جهدًا لتصميمه وفقًا لمعايير عالية. بدأنا في إقراض أدواتنا لزملائنا في جميع أنحاء العالم ، ولاحظنا أنهم لن يعيدوها أبدًا. سيرفضون إعادتهم. وفكرنا ، "أوه ، هذا مثير للاهتمام."
هل هذا عندما أدركت الإمكانات التجارية لنهج FPGA؟
نعم ، لقد منحنا نهجنا المحدد بالبرمجيات المرونة وقابلية التوسع وإمكانية الترقية. كانت التكنولوجيا تتحسن بسرعة ، وكان من الواضح لي أنها ستهيمن على صناعة الاختبار والقياس في غضون خمس أو 10 سنوات. في الوقت نفسه ، ركزت صناعة الحوسبة على تحسين تجربة المستخدم وهذا جعلنا ندرك أن لدينا منتجًا مقنعًا حقًا.
لذلك أطلقت أول منتج لك ، Moku: Lab في عام 2016. كيف كان شكله؟
أصدرنا Moku: Lab باعتباره منتجنا الأدنى القابل للتطبيق ، وكان لدينا ثلاثة أدوات عليه: راسم الذبذبات ؛ محلل طيف ومولد الموجي. يمكن لهؤلاء العملاء الأوائل اليوم تشغيل 12 أداة ببساطة عن طريق تحديث أحد التطبيقات على جهاز iPad. أصبح هذا النهج شائعًا في جميع أنحاء قطاع التكنولوجيا - المنتجات التي تتحسن بمرور الوقت. هذا على عكس معدات الاختبار التقليدية ، والتي لا يمكن ترقيتها بسهولة بمجرد شرائها.
كيف تم استلام Moku: Lab لأول مرة؟
عندما بدأنا الشركة ، كان لدي أنا وفريقي سمعة طيبة في تطوير الأجهزة. لذا بدلاً من الاستبعاد ، اعتقد الناس ، "هناك بعض الأشخاص الجادين جدًا وراء Liquid Instruments ، وإذا اعتقدوا أنها فكرة جيدة ، فمن المحتمل أن يكون الأمر يستحق إلقاء نظرة ثانية عليها". كانت سمعتنا الأولية قوية بشكل خاص في سوق الجامعة لأنني كنت أستاذاً للفيزياء في ANU ، وهي جامعة من أفضل الجامعات.
وجدنا أن الفيزيائيين والمهندسين التجريبيين هم مجموعة من ذوي التوجهات المتقدمة ومستعدون لتجربة تقنيات جديدة. يميل هؤلاء إلى أن يكونوا أول من تبنى تقنيات شخصية جديدة بين أصدقائهم - أو عندما كانوا طفلين كانوا على الأرجح مسؤولين عن برمجة جهاز توقيت VCR الخاص بالعائلة. كان لدينا عدد كبير من المؤيدين في الأيام الأولى الذين رأوا على الفور الفوائد المحتملة لنهجنا وأدركوا أن محاولتنا الأولى لن تكون مثالية.
مع دخولنا إلى أسواق جديدة ، وجدنا أن القطاعات المختلفة لديها شهية مختلفة للمخاطرة عند اعتماد تقنيات جديدة. أيضًا ، هناك بعض علم النفس المثير للاهتمام عندما يواجه الناس تقنيات جديدة. اكتشفنا هذا عندما أصدرنا أول أدوات جديدة لـ Moku: Lab - والتي تضمنت مقياس الطور ومكبر الصوت القفل. كنا نبيع الجهاز في ذلك الوقت مقابل 5000 دولار ، وكنا نسمع شيئين مختلفين للغاية. الأول كان ، "حسنًا ، أنا لا أستخدم كل هذه الأدوات ، لذلك أرغب في الحصول على خصم." قالت لنا مجموعة أخرى ، "يا إلهي ، هذه قيمة رائعة. إذا كنت تقدم حقًا كل هذه الأدوات بهذا السعر ، فلن تكون جيدة جدًا. يجب أن يكونوا جميعًا قمامة ".
لذلك ، انتهى بنا المطاف بصنع نسخة أرخص من Moku: Lab ، والتي كانت تحتوي على عدد أقل من الأدوات ، وصنعنا نسخة أكثر تكلفة ، والتي تأتي الآن مع 12 أداة. من الناحية التجارية ، تبين أن هذا أحد أفضل القرارات التي اتخذناها.
تم تصميم أحد هذه الإصدارات للاستخدام في المعامل الجامعية. كيف نشأ هذا السوق؟
لقد لاحظنا أن الكثير من الأشخاص كانوا يستخدمون Moku: Lab الأصلي في المعامل الجامعية ، ولكن لم يتم تصميمه حقًا لهذا التطبيق - لقد كان مكلفًا للغاية وأداء مرتفع للغاية. لكن الجامعات وجدت أن الطلاب استمتعوا حقًا باستخدامها. وجدوا أنها جذابة ومقنعة وغير مخيفة للاستخدام لأنها تحدثت عن الطريقة التي تفاعلوا بها مع أجهزة التكنولوجيا الشخصية. ميزة أخرى هي أن Moku: Lab بسّط القياس في المختبر ، وبالتالي سمح للطلاب بالتركيز على المفاهيم التي من المفترض أن يتعلموها.
ومع ذلك ، كانت النسخة الأصلية باهظة الثمن للغاية ، لذلك خرجنا مع Moku: Go العام الماضي. يكلف حوالي 600 دولار ويحل محل أعلى مقعد جامعي كامل في معمل هندسة كهربائية أو فيزياء نموذجي. لقد حققت نجاحًا حقيقيًا وقد قمنا بالفعل ببيع Moku: Gos أكثر مما بعنا Moku: Labs في تاريخ الشركة. نعتقد أن لديها القدرة على إضفاء الطابع الديمقراطي على التعليم العلمي في جميع أنحاء العالم وتحسين تجربة الطلاب. في الواقع ، كتب الطلاب إلينا قائلين إنهم لم يستمتعوا أو يفهموا عملهم المخبري حتى بدأوا في استخدام Moku: Go - وهو أمر ممتع للغاية.
لقد قمت أيضًا بإصدار إصدار متطور من Moku: Lab
منذ عام 2016 اكتسبنا الكثير من الخبرة ، نحن شركة أكبر بكثير ، ولدينا الكثير من البراعة الهندسية في الفريق. لقد سمح لنا ذلك بإطلاق منتجنا الرائد الجديد ، Moku: Pro. إنه المنتج الذي كنا نتمنى أن نصنعه في البداية ، لكن الأمر استغرقنا بعض الوقت للوصول إلى هناك. يمكنه التنافس مع الأدوات المتطورة بما في ذلك راسمات الذبذبات وقد أظهر للناس حقًا ما يخبئه المستقبل للاختبار والقياس.
لقد استفدنا من حقيقة أن FPGAs أصبحت أكبر وأكبر بمرور الوقت. تم تصميم Moku: Lab ليعمل كأداة واحدة في كل مرة - وفي أحسن الأحوال قد يكون قادرًا على تشغيل عدة أدوات في وقت واحد في المستقبل. يبلغ حجم FPGA في Moku: Pro 10 أضعاف حجم الشريحة في Moku: Lab وهذا يعني أنه يمكننا تقسيمها إلى عدة أقسام. بدلاً من تشغيل أداة واحدة فقط ، يمكنه تشغيل العديد من الأدوات في وقت واحد.
علاوة على ذلك ، يمكن لهذه الأجهزة أن تتواصل مع بعضها البعض باستخدام إشارات ذات نطاق ترددي عالٍ ، وإشارات ضائعة ومنخفضة الكمون لا تغادر الشريحة أبدًا. Moku: Pro هو بديل فعال لأنظمة PXI و VXI الكبيرة الموجودة حاليًا في كل مكان في المختبرات المتطورة والمنشآت الهندسية والتصنيعية حول العالم.
أول شيء آخر بالنسبة لنا هو أن مستخدمي Moku: Pro يمكنهم برمجة FPGA بأدواتهم الخاصة باستخدام الأدوات البسيطة التي نقدمها. كل ما تحتاجه هو متصفح ويب - لا يوجد برنامج لتثبيته - ويمكنك إنشاء آلتك الخاصة من البداية ، ثم تشغيلها في المختبر في غضون دقائق. لقد فتح ذلك أعين الناس حقًا لإمكانية استخدام Moku: Pro لبناء حل القياس الذي يحتاجون إليه بالضبط.
