Daniel Shaddock es co-fundador de Instrumentos líquidos y profesor de física en la Universidad Nacional Australiana en Canberra. Habló con Hamish Johnston sobre la innovación en la industria de pruebas y medidas.
con equipos de prueba y medición. (Cortesía: Instrumentos líquidos)
Gran parte de su carrera investigadora se ha centrado en el uso de la óptica para medir pequeñas variaciones de la gravedad, incluidas las ondas gravitacionales. ¿Puedes describir tu trabajo académico?
Mis principales intereses de investigación son la metrología óptica y he trabajado en el LIGO y LISA detectores de ondas gravitacionales. Soy una persona muy orientada a objetivos y me atrajeron mucho los grandes desafíos de medición de la detección de ondas gravitacionales cuando comencé a trabajar en el campo como estudiante de posgrado en 1996. Parecía un problema increíblemente difícil: ¿Cómo se fabrica el dispositivo de medición más sensible del mundo? Estaba trabajando con cientos de otros investigadores, lo que creo que nos hizo sentir un poco menos locos. Fue muy gratificante cuando LIGO detectó ondas gravitacionales en 2015.
Al principio de mi carrera, me interesé mucho en los aspectos de la medición relacionados con la resolución de problemas. Habíamos dedicado mucho tiempo y esfuerzo a desarrollar la tecnología LIGO y comencé a pensar en cómo podríamos compartirla con el resto del mundo para resolver otros desafíos de medición. Eso es lo que me impulsó a profundizar en la comprensión de la tecnología de medición a un nivel científico muy fundamental.
Fundó Liquid Instruments en 2014 porque estaba frustrado por la falta de innovación en la industria de pruebas y mediciones. ¿Cuáles fueron los problemas con el kit que se ofrecía en ese momento?
Es una de esas industrias que no ha cambiado en muchas, muchas décadas. Las personas que usaban un osciloscopio en los años 1970 o incluso en los años 1960 encontrarían familiares los instrumentos modernos. Los equipos de prueba no habían seguido el ritmo de nuestra interacción con la tecnología: no era divertido usarlos. Muchas otras industrias habían mejorado y adaptado sus productos a la luz de las tecnologías digitales modernas, lo que me hizo darme cuenta de que si mejorábamos la forma en que las personas interactúan con sus equipos, mejoraríamos sus vidas en el laboratorio.
Por esa época mi investigación sobre ondas gravitacionales se estaba alejando de los detectores terrestres como LIGO hacia detectores espaciales como Lisa Pathfinder. Esto significó que tuvimos que cambiar la forma en que hacíamos las mediciones. LIGO tiene alrededor de 100,000 canales de medición y requiere un ejército de estudiantes de posgrado y postdoctorados para mantenerlo funcionando. No se puede hacer eso en el espacio, por lo que el desafío era crear un nuevo tipo de sistema de medición que pudiera lanzarse en un cohete y operarse de forma remota durante una década. Nos dimos cuenta de que teníamos que pasar de un enfoque físico y cableado de prueba y medición a un sistema basado en computadora que utilizara software inteligente.
¿Fue entonces cuando empezó a utilizar chips de computadora con matriz de puertas programables en campo (FPGA)?
Sí. El problema de intentar realizar pruebas y mediciones con una computadora convencional es que no tiene las conexiones físicas con el mundo real que se necesitan para realizar mediciones precisas. Pero había un nuevo tipo de chip de computadora del que había oído hablar mientras estaba en Caltech a fines de la década de 1990: el FPGA. Una FPGA es una computadora que se puede reconfigurar y recablear completamente en una fracción de segundo. La FPGA parecía una plataforma útil para fusionar el mundo de las computadoras con el mundo del hardware y crear algo que sea mayor que la suma de sus partes.
Nos dimos cuenta de que podíamos utilizar la FPGA para reemplazar una gran cantidad de instrumentación convencional, incluidos osciloscopios, analizadores de espectro, generadores de señales y amplificadores lock-in. Hay decenas, o tal vez incluso más de 100 tipos diferentes de dispositivos que se pueden crear utilizando FPGA.
Moku-Pro puede ejecutar muchos instrumentos a la vez, lo que son capaces de comunicarse entre sí
¿Cuáles son los beneficios del enfoque FPGA?
Habíamos comenzado a utilizar FPGA para crear un medidor de fase para el detector de ondas gravitacionales LISA. No elegimos una arquitectura basada en FPGA por su flexibilidad. Lo elegimos en ese momento porque era la única manera de obtener el rendimiento que requería LISA.
Sin embargo, rápidamente nos dimos cuenta de que podíamos reconfigurar la FPGA para que funcionara como un osciloscopio o quizás como un analizador de espectro. Fundamentalmente, notamos que este enfoque tenía muchas ventajas. Significaba que no teníamos que ir a pelear por el equipo con los otros investigadores en un laboratorio donde solo teníamos un analizador de espectro. También significó que podíamos realizar experimentos de forma remota porque no teníamos que conectar o desconectar físicamente cables para cambiar de instrumento.
Otro beneficio importante de nuestro enfoque FPGA es que podríamos usar software para personalizar los instrumentos para hacer exactamente lo que queríamos. Si queríamos cambiar el filtro de nuestro amplificador lock-in, por ejemplo, no teníamos que abrir la caja y sacar un soldador.
Podríamos crear una enorme variedad de instrumentos con un solo dispositivo. Y como ese dispositivo era increíblemente útil, hicimos el esfuerzo de diseñarlo con un alto nivel de calidad. Empezamos a prestar nuestros instrumentos a nuestros colegas de todo el mundo y nos dimos cuenta de que nunca los devolverían. Se negarían a devolverlos. Y pensamos: "Oh, eso es interesante".
¿Fue entonces cuando se dio cuenta del potencial comercial del enfoque FPGA?
Sí, nuestro enfoque definido por software nos brindó flexibilidad, escalabilidad y capacidad de actualización. La tecnología estaba mejorando rápidamente y tenía claro que dominaría la industria de pruebas y mediciones en cinco o diez años. Al mismo tiempo, la industria informática se centraba en mejorar la experiencia del usuario y esto nos hizo darnos cuenta de que teníamos un producto realmente atractivo.
Entonces lanzaste tu primer producto, Moku:Lab en 2016. ¿Cómo fue?
Lanzamos Moku:Lab como nuestro producto mínimo viable y teníamos tres instrumentos: un osciloscopio; un analizador de espectro; y un generador de formas de onda. Hoy, esos primeros clientes pueden ejecutar 12 instrumentos simplemente actualizando una aplicación en un iPad. Este enfoque se está volviendo común en todo el sector tecnológico: productos que mejoran con el tiempo. Esto es diferente a los equipos de prueba convencionales, que no se pueden actualizar fácilmente una vez que se compran.
¿Cómo se recibió Moku:Lab por primera vez?
Cuando fundamos la empresa, mi equipo y yo teníamos una reputación bastante buena en el desarrollo de instrumentación. Entonces, en lugar de ser desestimados, la gente pensó: "Hay personas bastante serias detrás de Liquid Instruments, y si creen que es una buena idea, entonces probablemente valga la pena echarle un segundo vistazo". Nuestra reputación inicial era particularmente sólida en el mercado universitario porque yo era profesor de física en la ANU, que es una universidad de primer nivel.
Descubrimos que los físicos e ingenieros experimentales son un grupo que se inclina hacia el futuro y está dispuesto a probar nuevas tecnologías. Suelen ser las personas que son las primeras en adoptar nuevas tecnologías personales entre sus amigos (o cuando eran niños probablemente estaban a cargo de programar el temporizador del VCR de la familia). Al principio tuvimos un gran número de seguidores que inmediatamente vieron los beneficios potenciales de nuestro enfoque y se dieron cuenta de que nuestro primer intento no iba a ser perfecto.
A medida que avanzamos hacia nuevos mercados, descubrimos que diferentes sectores tienen diferentes apetitos de riesgo al adoptar nuevas tecnologías. Además, hay una psicología muy interesante involucrada cuando las personas se encuentran con nuevas tecnologías. Descubrimos esto cuando lanzamos los primeros instrumentos nuevos para Moku:Lab, que incluían un medidor de fase y un amplificador lock-in. Estábamos vendiendo el dispositivo en ese momento por $5000 y escuchábamos dos cosas muy diferentes. La primera fue: "Bueno, no uso todos estos instrumentos, así que me gustaría un descuento". Un segundo grupo de personas nos dijo: “Dios mío, esto tiene un valor increíble. Si realmente ofreces todos estos instrumentos a ese precio, no pueden ser muy buenos. Todos deben ser basura”.
Entonces, terminamos haciendo una versión más barata de Moku:Lab, que tenía menos instrumentos, e hicimos una versión más cara, que ahora viene con 12 instrumentos. Comercialmente, esta resultó ser una de las mejores decisiones que tomamos.
Una de esas versiones está diseñada para su uso en laboratorios universitarios. ¿Cómo surgió ese mercado?
Nos dimos cuenta de que mucha gente estaba usando el Moku:Lab original en laboratorios universitarios, pero en realidad nunca fue diseñado para esa aplicación: era demasiado caro y tenía un rendimiento demasiado alto. Pero las universidades descubrieron que los estudiantes realmente disfrutaban usándolo. Lo encontraron atractivo, convincente y poco intimidante de usar porque hablaba de la forma en que interactuaban con los dispositivos tecnológicos personales. Otra ventaja fue que Moku:Lab simplificó las mediciones en el laboratorio y, por lo tanto, permitió a los estudiantes concentrarse en los conceptos que debían aprender.
Sin embargo, la versión original era demasiado cara, así que lanzamos Moku:Go el año pasado. Cuesta alrededor de 600 dólares y reemplaza toda una mesa de trabajo para estudiantes universitarios en un laboratorio típico de ingeniería eléctrica o física. Ha sido un verdadero éxito y ya hemos vendido más Moku:Gos que Moku:Labs en la historia de la empresa. Creemos que tiene el potencial de democratizar la educación científica en todo el mundo y mejorar la experiencia de los estudiantes. De hecho, los estudiantes nos han escrito diciendo que no disfrutaron ni entendieron su trabajo de laboratorio hasta que comenzaron a usar Moku:Go, lo cual es muy gratificante.
También habéis lanzado una versión de alta gama de Moku:Lab
Desde 2016 hemos adquirido mucha experiencia, somos una empresa mucho más grande y tenemos mucha más capacidad de ingeniería en el equipo. Eso nos ha permitido lanzar nuestro nuevo producto estrella, Moku:Pro. Es el producto que nos hubiera gustado haber hecho al principio, pero nos tomó un poco de tiempo llegar allí. Puede competir con instrumentos de alta gama, incluidos los osciloscopios, y realmente ha mostrado a la gente lo que depara el futuro para las pruebas y mediciones.
Hemos aprovechado el hecho de que los FPGA son cada vez más grandes con el tiempo. Moku:Lab fue diseñado para ejecutarse como un instrumento a la vez y, en el mejor de los casos, podrá ejecutar un par de instrumentos simultáneamente en el futuro. La FPGA de Moku:Pro tiene 10 veces el tamaño del chip de Moku:Lab y esto significa que podemos dividirlo en varias secciones. En lugar de tener un solo instrumento en ejecución, puede ejecutar muchos instrumentos a la vez.
Es más, estos instrumentos pueden comunicarse entre sí utilizando señales de gran ancho de banda, sin pérdidas y de baja latencia que nunca salen del chip. Moku:Pro es efectivamente una alternativa a los grandes sistemas PXI y VXI que actualmente son omnipresentes en laboratorios e instalaciones de ingeniería y fabricación de alto nivel en todo el mundo.
Otra novedad para nosotros es que los usuarios de Moku:Pro pueden programar la FPGA con sus propios instrumentos utilizando herramientas simples que proporcionamos. Todo lo que necesita es un navegador web (no es necesario instalar ningún software) y podrá crear su propio instrumento desde cero y luego ejecutarlo en el laboratorio en cuestión de minutos. Eso realmente ha abierto los ojos de las personas a la posibilidad de que puedan usar Moku:Pro para crear exactamente la solución de medición que necesitan.
