Daniel Shaddock est co-fondateur de Instruments liquides et professeur de physique à l'Université nationale australienne de Canberra. Il s'est entretenu avec Hamish Johnston sur l'innovation dans le secteur des tests et mesures.
avec des équipements de test et de mesure. (Avec l'aimable autorisation de : Liquid Instruments)
Une grande partie de votre carrière de chercheur s’est concentrée sur l’utilisation de l’optique pour mesurer d’infimes variations de la gravité, y compris les ondes gravitationnelles. Pouvez-vous décrire votre travail académique?
Mes principaux intérêts de recherche sont la métrologie optique et j'ai travaillé sur le LIGO ainsi que LISA détecteurs d'ondes gravitationnelles. Je suis une personne très orientée vers les objectifs et j'ai été très attiré par les grands défis de mesure de la détection des ondes gravitationnelles lorsque j'ai commencé à travailler dans ce domaine en tant qu'étudiant de troisième cycle en 1996. Cela semblait être un problème incroyablement difficile : Comment fabrique-t-on l’appareil de mesure le plus sensible au monde ? Je travaillais avec des centaines d'autres chercheurs, ce qui, je pense, nous a tous permis de nous sentir un peu moins fous. C'était très gratifiant lorsque des ondes gravitationnelles ont été détectées par LIGO en 2015.
Au début de ma carrière, je me suis beaucoup intéressé aux aspects de résolution de problèmes liés à la mesure. Nous avions consacré tellement de temps et d'efforts à la création de la technologie LIGO et j'ai commencé à réfléchir à la manière dont nous pourrions la partager avec le reste du monde pour résoudre d'autres problèmes de mesure. C’est ce qui m’a poussé à approfondir la compréhension de la technologie de mesure à un niveau scientifique très fondamental.
Vous avez fondé Liquid Instruments en 2014 parce que vous étiez frustré par le manque d'innovation dans le secteur des tests et mesures. Quels étaient les problèmes avec les kits proposés à l’époque ?
C’est l’une de ces industries qui n’a pas changé depuis de très nombreuses décennies. Les personnes qui utilisaient un oscilloscope dans les années 1970, voire 1960, trouveraient les instruments modernes familiers. L’équipement de test n’avait pas suivi la façon dont nous interagissons avec la technologie – ce n’était pas amusant à utiliser. De nombreuses autres industries ont amélioré et adapté leurs produits à la lumière des technologies numériques modernes. Cela m'a fait réaliser que si nous améliorions la façon dont les gens interagissent avec leur équipement, cela améliorerait leur vie en laboratoire.
À cette époque, mes recherches sur les ondes gravitationnelles s'éloignaient des détecteurs au sol comme LIGO pour se tourner vers des détecteurs spatiaux comme Lisa Pathfinder. Cela signifiait que nous devions changer la façon dont nous effectuions les mesures. LIGO dispose d'environ 100,000 XNUMX canaux de mesure et nécessite une armée d'étudiants diplômés et de postdoctorants pour continuer à fonctionner. Comme on ne peut pas faire cela dans l’espace, le défi était de créer un nouveau type de système de mesure que l’on pourrait lancer sur une fusée et exploiter à distance pendant une décennie. Nous avons réalisé que nous devions passer d’une approche physique et câblée des tests et des mesures à un système informatique utilisant un logiciel intelligent.
Est-ce à ce moment-là que vous avez commencé à utiliser des puces informatiques FPGA (Field-Programmable Gate Array) ?
Oui. Le problème lorsque l’on essaie d’effectuer des tests et des mesures avec un ordinateur conventionnel est qu’il ne dispose pas des connexions physiques avec le monde réel nécessaires pour effectuer des mesures précises. Mais il existait un nouveau type de puce informatique dont j’avais entendu parler lorsque j’étais à Caltech à la fin des années 1990 : le FPGA. Un FPGA est un ordinateur qui peut être complètement reconfiguré et recâblé en une fraction de seconde. Le FPGA semblait être une plate-forme utile pour fusionner le monde des ordinateurs avec le monde du matériel et créer quelque chose de plus grand que la somme de ses parties.
Nous avons réalisé que nous pouvions utiliser le FPGA pour remplacer une large gamme d'instruments conventionnels, notamment des oscilloscopes, des analyseurs de spectre, des générateurs de signaux et des amplificateurs verrouillables. Il existe des dizaines, voire plus de 100 types différents de dispositifs pouvant être créés à l’aide de FPGA.
Moku-Pro peut exécuter plusieurs instruments à la fois, ce qui sont capables de communiquer entre eux
Quels sont les avantages de l’approche FPGA ?
Nous avions commencé à utiliser des FPGA pour créer un phasemètre pour le détecteur d'ondes gravitationnelles LISA. Nous n'avons pas choisi une architecture basée sur FPGA en raison de sa flexibilité. Nous l'avons choisi à l'époque car c'était le seul moyen d'obtenir les performances requises par LISA.
Cependant, nous avons rapidement réalisé que nous pouvions reconfigurer le FPGA pour qu'il fonctionne comme un oscilloscope, ou peut-être comme un analyseur de spectre. Nous avons surtout remarqué que cette approche présentait de nombreux avantages. Cela signifiait que nous n’avions pas à nous battre pour obtenir du matériel avec les autres chercheurs dans un laboratoire où nous ne disposions que d’un seul analyseur de spectre. Cela signifiait également que nous pouvions mener des expériences à distance, car nous n’avions pas besoin de brancher ou de débrancher physiquement des câbles pour changer d’instrument.
Un autre avantage important de notre approche FPGA est que nous pouvons utiliser un logiciel pour personnaliser les instruments afin de faire exactement ce que nous voulions. Si nous voulions changer le filtre de notre amplificateur lock-in, par exemple, nous n’avions pas besoin d’ouvrir la boîte et de sortir un fer à souder.
Nous pourrions créer une énorme variété d’instruments avec un seul appareil. Et parce que cet appareil était incroyablement utile, nous avons fait l’effort de le concevoir selon des normes élevées. Nous avons commencé à prêter nos instruments à nos collègues du monde entier et nous avons remarqué qu'ils ne les rendraient jamais. Ils refuseraient de les rendre. Et nous avons pensé : « Oh, c’est intéressant. »
Est-ce à ce moment-là que vous avez réalisé le potentiel commercial de l’approche FPGA ?
Oui, notre approche définie par logiciel nous a apporté flexibilité, évolutivité et évolutivité. La technologie s’améliorait rapidement et il était clair pour moi qu’elle dominerait le secteur des tests et mesures dans cinq ou dix ans. Dans le même temps, l’industrie informatique se concentrait sur l’amélioration de l’expérience utilisateur, ce qui nous a fait réaliser que nous avions un produit vraiment convaincant.
Vous avez donc lancé votre premier produit, Moku:Lab en 2016. Comment était-ce ?
Nous avons lancé Moku:Lab comme produit minimum viable et disposions de trois instruments : un oscilloscope ; un analyseur de spectre ; et un générateur de forme d'onde. Aujourd’hui, ces premiers clients peuvent désormais faire fonctionner 12 instruments en mettant simplement à jour une application sur un iPad. Cette approche devient courante dans tout le secteur technologique : des produits qui s’améliorent avec le temps. Ceci est différent des équipements de test conventionnels, qui ne peuvent pas être facilement mis à niveau une fois achetés.
Comment Moku:Lab a-t-il été reçu pour la première fois ?
Lorsque nous avons démarré l'entreprise, mon équipe et moi avions une assez bonne réputation dans le développement d'instruments. Alors plutôt que d’être rejetés, les gens pensaient : « Il y a des gens assez sérieux derrière Liquid Instruments, et s’ils pensent que c’est une bonne idée, alors cela vaut probablement la peine d’y jeter un deuxième coup d’œil ». Notre réputation initiale était particulièrement forte sur le marché universitaire car j'étais professeur de physique à l'ANU, qui est une université de premier plan.
Nous avons constaté que les physiciens expérimentaux et les ingénieurs sont un groupe tourné vers l’avant et disposé à essayer de nouvelles technologies. Ce sont généralement les personnes qui sont les premières à adopter les nouvelles technologies personnelles parmi leurs amis – ou lorsqu’elles étaient enfants, elles étaient probablement chargées de programmer la minuterie du magnétoscope familial. Au début, nous avons eu un grand nombre de partisans qui ont immédiatement compris les avantages potentiels de notre approche et ont réalisé que notre première tentative n'allait pas être parfaite.
À mesure que nous pénétrions de nouveaux marchés, nous avons constaté que différents secteurs avaient des appétits différents pour le risque lorsqu'ils adoptaient de nouvelles technologies. En outre, une psychologie très intéressante est impliquée lorsque les gens rencontrent de nouvelles technologies. Nous l'avons découvert lorsque nous avons sorti les premiers nouveaux instruments pour Moku:Lab, qui comprenaient un phasemètre et un amplificateur verrouillable. Nous vendions l’appareil à l’époque pour 5000 XNUMX $ et nous entendions deux choses très différentes. La première était : « Eh bien, je n’utilise pas tous ces instruments, donc j’aimerais bénéficier d’une réduction. » Un deuxième groupe de personnes nous a dit : « Oh mon Dieu, c'est tout simplement un rapport qualité-prix incroyable. Si vous proposez réellement tous ces instruments à ce prix-là, ils ne peuvent pas être très bons. Ils doivent tous être de la foutaise. »
Nous avons donc fini par créer une version moins chère de Moku:Lab, qui comportait moins d'instruments, et nous avons créé une version plus chère, qui comprend désormais 12 instruments. Commercialement, cela s’est avéré être l’une des meilleures décisions que nous ayons prises.
L'une de ces versions est conçue pour être utilisée dans les laboratoires de premier cycle. Comment ce marché est-il né ?
Nous avons remarqué que beaucoup de gens utilisaient le Moku:Lab original dans des laboratoires de premier cycle, mais il n'a jamais été vraiment conçu pour cette application – il était beaucoup trop cher et beaucoup trop performant. Mais les universités ont constaté que les étudiants aimaient vraiment l’utiliser. Ils l’ont trouvé engageant, convaincant et non intimidant à utiliser, car il reflétait la façon dont ils interagissaient avec les appareils technologiques personnels. Un autre avantage était que Moku:Lab simplifiait les mesures en laboratoire et permettait donc aux étudiants de se concentrer sur les concepts qu'ils étaient censés apprendre.
Cependant, la version originale était trop chère, c'est pourquoi nous avons sorti Moku:Go l'année dernière. Cela coûte environ 600 $ et remplace un plan de travail complet de premier cycle dans un laboratoire typique de génie électrique ou de physique. Cela a été un véritable succès et nous avons déjà vendu plus de Moku:Go que de Moku:Labs dans l’histoire de l’entreprise. Nous pensons que cela a le potentiel de démocratiser l’enseignement scientifique dans le monde et d’améliorer l’expérience des étudiants. En effet, des étudiants nous ont écrit pour nous dire qu’ils n’avaient pas apprécié ou compris leur travail de laboratoire jusqu’à ce qu’ils commencent à utiliser Moku:Go – ce qui est très gratifiant.
Vous avez également sorti une version haut de gamme de Moku:Lab
Depuis 2016, nous avons acquis beaucoup d’expérience, nous sommes une entreprise beaucoup plus grande et nous avons beaucoup plus de prouesses en ingénierie dans l’équipe. Cela nous a permis de lancer notre nouveau produit phare, Moku:Pro. C’est le produit que nous aurions aimé pouvoir fabriquer au début, mais il nous a juste fallu un peu de temps pour y arriver. Il peut rivaliser avec les instruments haut de gamme, notamment les oscilloscopes, et il a vraiment montré aux gens ce que l'avenir réserve aux tests et aux mesures.
Nous avons profité du fait que les FPGA deviennent de plus en plus gros au fil du temps. Moku:Lab a été conçu pour fonctionner comme un instrument à la fois – et au mieux, il pourra peut-être exécuter plusieurs instruments simultanément à l’avenir. Le FPGA de Moku:Pro est 10 fois plus grand que la puce de Moku:Lab, ce qui signifie que nous pouvons le diviser en plusieurs sections. Au lieu de faire fonctionner un seul instrument, il peut en faire fonctionner plusieurs à la fois.
De plus, ces instruments peuvent communiquer entre eux en utilisant des signaux à large bande passante, sans perte et à faible latence qui ne quittent jamais la puce. Moku:Pro est effectivement une alternative aux grands systèmes PXI et VXI qui sont actuellement omniprésents dans les laboratoires haut de gamme et les installations d'ingénierie et de fabrication du monde entier.
Une autre première pour nous est que les utilisateurs de Moku:Pro peuvent programmer le FPGA avec leurs propres instruments à l'aide des outils simples que nous fournissons. Tout ce dont vous avez besoin est un navigateur Web (aucun logiciel à installer) et vous pouvez créer votre propre instrument à partir de zéro, puis le faire fonctionner en laboratoire en quelques minutes. Cela a vraiment ouvert les yeux des gens sur la possibilité d’utiliser Moku:Pro pour créer exactement la solution de mesure dont ils ont besoin.
