पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटर चिप्स लैब के लिए ऑल-इन-वन माप समाधान बनाते हैं

आपके अधिकांश शोध करियर में गुरुत्वाकर्षण तरंगों सहित गुरुत्वाकर्षण में छोटे बदलावों को मापने के लिए प्रकाशिकी का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित किया गया है। क्या आप अपने शैक्षणिक कार्य का वर्णन कर सकते हैं?

मेरी प्राथमिक शोध रुचि ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी में है और मैंने इस पर काम किया है लिंक और लिसा गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टर। मैं एक बहुत ही लक्ष्य-उन्मुख व्यक्ति हूं और जब मैंने 1996 में स्नातकोत्तर छात्र के रूप में इस क्षेत्र में काम करना शुरू किया तो मैं गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने की महान माप चुनौतियों से बहुत आकर्षित हुआ। यह एक असंभव रूप से कठिन समस्या की तरह लग रहा था:  आप दुनिया का सबसे संवेदनशील माप उपकरण कैसे बनाते हैं? मैं सैकड़ों अन्य शोधकर्ताओं के साथ काम कर रहा था, जिससे मुझे लगता है कि हम सभी को थोड़ा कम पागलपन महसूस हुआ। यह बहुत संतुष्टिदायक था जब 2015 में LIGO द्वारा गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया गया था।

अपने शुरुआती करियर के दौरान, मुझे माप के समस्या-समाधान पहलुओं में बहुत दिलचस्पी हो गई। हमने LIGO प्रौद्योगिकी के निर्माण में बहुत समय और प्रयास खर्च किया था, और मैंने इस बारे में सोचना शुरू किया कि हम अन्य माप चुनौतियों को हल करने के लिए इसे बाकी दुनिया के साथ कैसे साझा कर सकते हैं। इसी बात ने मुझे माप प्रौद्योगिकी को बहुत मौलिक, वैज्ञानिक स्तर पर गहराई से समझने के लिए प्रेरित किया।

आपने 2014 में लिक्विड इंस्ट्रूमेंट्स की स्थापना की क्योंकि आप परीक्षण और माप उद्योग में नवाचार की कमी से निराश थे। उस समय प्रस्तावित किट के साथ क्या समस्याएँ थीं?

यह उन उद्योगों में से एक है जो कई दशकों से नहीं बदला है। जो लोग 1970 या 1960 के दशक में ऑसिलोस्कोप का उपयोग करते थे, उन्हें आधुनिक उपकरण परिचित लगेंगे। परीक्षण उपकरण इस बात से मेल नहीं खाते थे कि हम प्रौद्योगिकी के साथ कैसे संपर्क करते हैं - इसका उपयोग करना मज़ेदार नहीं था। कई अन्य उद्योगों ने आधुनिक डिजिटल प्रौद्योगिकियों के प्रकाश में अपने उत्पादों में सुधार और अनुकूलन किया है, इससे मुझे एहसास हुआ कि अगर हम सुधार करते हैं कि लोग अपने उपकरणों के साथ कैसे बातचीत करते हैं तो इससे प्रयोगशाला में उनके जीवन में सुधार होगा।

उस समय के आसपास मेरा गुरुत्वाकर्षण-तरंग अनुसंधान एलआईजीओ जैसे जमीन-आधारित डिटेक्टरों से दूर अंतरिक्ष-आधारित डिटेक्टरों की ओर बढ़ रहा था लिसा पाथफाइंडर. इसका मतलब यह था कि हमें माप लेने का तरीका बदलना होगा। LIGO के पास 100,000 माप चैनल हैं और इसे चालू रखने के लिए स्नातक छात्रों और पोस्टडॉक्स की एक सेना की आवश्यकता होती है। आप अंतरिक्ष में ऐसा नहीं कर सकते इसलिए चुनौती एक नई प्रकार की माप प्रणाली बनाने की थी जिसे आप रॉकेट पर लॉन्च कर सकें और एक दशक तक दूर से संचालित कर सकें। हमने महसूस किया कि हमें परीक्षण और माप के लिए एक भौतिक, हार्ड-वायर्ड दृष्टिकोण से एक कंप्यूटर-आधारित प्रणाली की ओर बढ़ना होगा जो बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर का उपयोग करती है।

क्या आपने फ़ील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे (एफपीजीए) कंप्यूटर चिप्स का उपयोग तब शुरू किया था?

हाँ। पारंपरिक कंप्यूटर के साथ परीक्षण और माप करने का प्रयास करने में समस्या यह है कि इसका वास्तविक दुनिया से भौतिक संबंध नहीं है जो सटीक माप करने के लिए आवश्यक है। लेकिन एक नई प्रकार की कंप्यूटर चिप थी जिसके बारे में मैंने 1990 के दशक के अंत में कैलटेक में सुना था - एफपीजीए। एफपीजीए एक कंप्यूटर है जिसे एक सेकंड के एक अंश में पूरी तरह से पुन: कॉन्फ़िगर और रीवायर किया जा सकता है। एफपीजीए कंप्यूटर की दुनिया को हार्डवेयर की दुनिया के साथ विलय करने और कुछ ऐसा बनाने के लिए एक उपयोगी मंच की तरह लग रहा था जो इसके हिस्सों के योग से अधिक हो।

हमें एहसास हुआ कि हम ऑसिलोस्कोप, स्पेक्ट्रम विश्लेषक, सिग्नल जनरेटर और लॉक-इन एम्पलीफायरों सहित पारंपरिक उपकरणों के एक बड़े समूह को बदलने के लिए एफपीजीए का उपयोग कर सकते हैं। ऐसे दसियों, या शायद 100 से अधिक विभिन्न प्रकार के उपकरण हैं जिन्हें एफपीजीए का उपयोग करके बनाया जा सकता है। 

मोकू-प्रो एक साथ कई उपकरण चला सकता है, जो एक दूसरे से संवाद करने में सक्षम हैं 

एफपीजीए दृष्टिकोण के क्या लाभ हैं?

हमने एलआईएसए गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टर के लिए एक चरणमीटर बनाने के लिए एफपीजीए का उपयोग शुरू कर दिया था। हमने इसके लचीलेपन के कारण एफपीजीए-आधारित आर्किटेक्चर को नहीं चुना। हमने उस समय इसे चुना क्योंकि यह एकमात्र तरीका था जिससे हम एलआईएसए के लिए आवश्यक प्रदर्शन प्राप्त कर सकते थे।

हालाँकि, हमें जल्दी ही एहसास हुआ कि हम एफपीजीए को ऑसिलोस्कोप या शायद स्पेक्ट्रम विश्लेषक के रूप में चलाने के लिए पुन: कॉन्फ़िगर कर सकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, हमने देखा कि इस दृष्टिकोण के बहुत सारे फायदे थे। इसका मतलब था कि हमें उस प्रयोगशाला में अन्य शोधकर्ताओं के साथ उपकरण के लिए लड़ने की ज़रूरत नहीं थी जहाँ हमारे पास केवल एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक था। इसका मतलब यह भी था कि हम प्रयोगों को दूर से चला सकते थे क्योंकि हमें उपकरणों को स्विच करने के लिए भौतिक रूप से केबल को प्लग इन या अनप्लग नहीं करना पड़ता था। 

हमारे एफपीजीए दृष्टिकोण का एक और महत्वपूर्ण लाभ यह है कि हम उपकरणों को ठीक वही करने के लिए सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर सकते हैं जो हम चाहते थे। उदाहरण के लिए, अगर हम अपने लॉक-इन एम्पलीफायर पर फ़िल्टर बदलना चाहते हैं, तो हमें बॉक्स को खोलकर सोल्डरिंग आयरन निकालने की ज़रूरत नहीं है। 

हम एक ही उपकरण से अनेक प्रकार के उपकरण बना सकते हैं। और क्योंकि वह उपकरण अविश्वसनीय रूप से उपयोगी था, हमने इसे उच्च मानक पर इंजीनियर करने का प्रयास किया। हमने दुनिया भर में अपने सहयोगियों को अपने उपकरण उधार देना शुरू कर दिया, और हमने देखा कि वे उन्हें कभी वापस नहीं देंगे। वे उन्हें लौटाने से इनकार कर देंगे. और हमने सोचा, "ओह, यह दिलचस्प है।"

क्या तब आपको एफपीजीए दृष्टिकोण की व्यावसायिक क्षमता का एहसास हुआ था? 

हां, हमारे सॉफ़्टवेयर-परिभाषित दृष्टिकोण ने हमें लचीलापन, स्केलेबिलिटी और अपग्रेडेबिलिटी प्रदान की। प्रौद्योगिकी में तेजी से सुधार हो रहा था, और मेरे लिए यह स्पष्ट था कि यह पांच या 10 वर्षों में परीक्षण और माप उद्योग पर हावी हो जाएगी। साथ ही, कंप्यूटिंग उद्योग उपयोगकर्ता अनुभव को बेहतर बनाने पर केंद्रित था और इससे हमें एहसास हुआ कि हमारे पास वास्तव में एक आकर्षक उत्पाद है।

तो आपने 2016 में अपना पहला उत्पाद, मोकू:लैब लॉन्च किया। यह कैसा था?

हमने मोकू: लैब को अपने न्यूनतम व्यवहार्य उत्पाद के रूप में जारी किया और इसमें तीन उपकरण थे: एक ऑसिलोस्कोप; एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक; और एक तरंग जनरेटर। आज वे पहले ग्राहक आईपैड पर केवल एक ऐप अपडेट करके 12 उपकरण चला सकते हैं। यह दृष्टिकोण पूरे प्रौद्योगिकी क्षेत्र में आम होता जा रहा है - ऐसे उत्पाद जो समय के साथ बेहतर होते जाते हैं। यह पारंपरिक परीक्षण उपकरण के विपरीत है, जिसे एक बार खरीदने के बाद आसानी से अपग्रेड नहीं किया जा सकता है।

मोकू:लैब को पहली बार कैसे प्राप्त किया गया? 

जब हमने कंपनी शुरू की तो इंस्ट्रूमेंटेशन विकसित करने में मेरी टीम और मेरी काफी अच्छी प्रतिष्ठा थी। इसलिए खारिज किए जाने के बजाय, लोगों ने सोचा, "लिक्विड इंस्ट्रूमेंट्स के पीछे कुछ गंभीर लोग हैं, और अगर उन्हें लगता है कि यह एक अच्छा विचार है, तो शायद इस पर दोबारा गौर करना उचित होगा"। हमारी प्रारंभिक प्रतिष्ठा विश्वविद्यालय बाजार में विशेष रूप से मजबूत थी क्योंकि मैं एएनयू में भौतिकी का प्रोफेसर था, जो एक शीर्ष रैंक वाला विश्वविद्यालय है। 

हमने पाया कि प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर आगे की ओर झुके हुए हैं और नई तकनीकों को आज़माने के इच्छुक हैं। ये वे लोग होते हैं जो अपने दोस्तों के बीच नई व्यक्तिगत तकनीकों को अपनाने वाले पहले व्यक्ति होते हैं - या एक बच्चे के रूप में वे शायद परिवार के वीसीआर टाइमर की प्रोग्रामिंग के प्रभारी थे। शुरुआती दिनों में हमारे पास बड़ी संख्या में समर्थक थे जिन्होंने तुरंत हमारे दृष्टिकोण के संभावित लाभों को देखा और महसूस किया कि हमारा पहला प्रयास सही नहीं होने वाला था।

जैसे ही हमने नए बाज़ारों में प्रवेश किया, हमने पाया कि नई तकनीकों को अपनाते समय विभिन्न क्षेत्रों में जोखिम उठाने की क्षमता अलग-अलग होती है। इसके अलावा, जब लोग नई तकनीकों का सामना करते हैं तो इसमें कुछ बहुत दिलचस्प मनोविज्ञान भी शामिल होता है। हमें इसका पता तब चला जब हमने मोकू:लैब के लिए पहला नया उपकरण जारी किया - जिसमें एक फेज़मीटर और एक लॉक-इन एम्पलीफायर शामिल था। हम उस समय डिवाइस को $5000 में बेच रहे थे और हम दो बहुत अलग चीजें सुन रहे थे। पहला था, "ठीक है, मैं इन सभी उपकरणों का उपयोग नहीं करता, इसलिए मुझे छूट चाहिए।" लोगों के दूसरे समूह ने हमसे कहा, "हे भगवान, यह तो अद्भुत मूल्य है। यदि आप वास्तव में ये सभी उपकरण उस कीमत पर उपलब्ध करा रहे हैं, तो वे बहुत अच्छे नहीं हो सकते। वे सभी बकवास होंगे।” 

इसलिए, हमने मोकू: लैब का एक सस्ता संस्करण बनाया, जिसमें कम उपकरण थे, और हमने एक अधिक महंगा संस्करण बनाया, जो अब 12 उपकरणों के साथ आता है। व्यावसायिक रूप से, यह हमारे द्वारा लिए गए सबसे अच्छे निर्णयों में से एक साबित हुआ। 

उन संस्करणों में से एक को स्नातक प्रयोगशालाओं में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है। वह बाज़ार कैसे उभरा? 

हमने देखा कि बहुत से लोग स्नातक प्रयोगशालाओं में मूल मोकू: लैब का उपयोग कर रहे थे, लेकिन यह वास्तव में उस एप्लिकेशन के लिए कभी डिज़ाइन नहीं किया गया था - यह बहुत महंगा था और बहुत उच्च प्रदर्शन था। लेकिन विश्वविद्यालयों ने पाया कि छात्रों को वास्तव में इसका उपयोग करने में आनंद आया। उन्होंने इसे उपयोग करने में आकर्षक, सम्मोहक और भयमुक्त पाया क्योंकि यह व्यक्तिगत प्रौद्योगिकी उपकरणों के साथ उनके इंटरैक्ट करने के तरीके को बयां करता था। एक और प्लस यह था कि मोकू: लैब ने लैब में माप को सरल बना दिया और इसलिए छात्रों को उन अवधारणाओं पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति दी जो उन्हें सीखना था।

हालाँकि, मूल संस्करण बहुत महंगा था इसलिए हम पिछले साल मोकू:गो लेकर आए। इसकी कीमत लगभग $600 है और यह एक विशिष्ट इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग या भौतिकी प्रयोगशाला में पूरे स्नातक बेंच टॉप को बदल देता है। यह वास्तव में हिट रहा है और कंपनी के इतिहास में हमने पहले ही मोकू:लैब्स की तुलना में अधिक मोकू:गोस बेच दिया है। हमारा मानना ​​है कि इसमें दुनिया भर में वैज्ञानिक शिक्षा को लोकतांत्रिक बनाने और छात्र अनुभव को बेहतर बनाने की क्षमता है। दरअसल, छात्रों ने हमें यह कहते हुए लिखा है कि जब तक उन्होंने मोकू:गो का उपयोग शुरू नहीं किया, तब तक उन्हें अपने प्रयोगशाला के काम में आनंद नहीं आया या समझ नहीं आया - जो बहुत संतुष्टिदायक है। 

आपने मोकू:लैब का एक उच्च-स्तरीय संस्करण भी जारी किया है

2016 के बाद से हमने काफी अनुभव प्राप्त किया है, हम एक बहुत बड़ी कंपनी हैं, और हमारी टीम में बहुत अधिक इंजीनियरिंग कौशल है। इससे हमें अपना नया प्रमुख उत्पाद, मोकू:प्रो लॉन्च करने की अनुमति मिली है। यह वह उत्पाद है जिसे हम चाहते थे कि हम शुरुआत में ही बना पाते, लेकिन वहां तक ​​पहुंचने में हमें थोड़ा समय लगा। यह ऑसिलोस्कोप सहित उच्च-स्तरीय उपकरणों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है और इसने वास्तव में लोगों को दिखाया है कि परीक्षण और माप के लिए भविष्य क्या है।

हमने इस तथ्य का लाभ उठाया है कि समय के साथ एफपीजीए बड़े और बड़े होते जा रहे हैं। मोकू: लैब को एक समय में एक उपकरण के रूप में चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया था - और अधिक से अधिक यह भविष्य में कुछ उपकरणों को एक साथ चलाने में सक्षम हो सकता है। मोकू: प्रो में एफपीजीए मोकू: लैब में चिप के आकार का 10 गुना है और इसका मतलब है कि हम इसे कई खंडों में विभाजित कर सकते हैं। केवल एक उपकरण चलाने के बजाय, यह एक साथ कई उपकरण चला सकता है। 

इसके अलावा, ये उपकरण उच्च बैंडविड्थ, दोषरहित और कम-विलंबता संकेतों का उपयोग करके एक-दूसरे के साथ संचार कर सकते हैं जो चिप को कभी नहीं छोड़ते हैं। मोकू:प्रो प्रभावी रूप से बड़े पीएक्सआई और वीएक्सआई सिस्टम का एक विकल्प है जो वर्तमान में दुनिया भर में उच्च-स्तरीय प्रयोगशालाओं और इंजीनियरिंग और विनिर्माण सुविधाओं में सर्वव्यापी हैं।

हमारे लिए एक और पहली बात यह है कि मोकू:प्रो उपयोगकर्ता हमारे द्वारा प्रदान किए गए सरल टूल का उपयोग करके अपने स्वयं के उपकरणों के साथ एफपीजीए को प्रोग्राम कर सकते हैं। आपको बस एक वेब ब्राउज़र की आवश्यकता है - इंस्टॉल करने के लिए कोई सॉफ़्टवेयर नहीं है - और आप स्क्रैच से अपना खुद का उपकरण बना सकते हैं, और फिर इसे कुछ ही मिनटों में प्रयोगशाला में चला सकते हैं। इसने वास्तव में लोगों की आंखें इस संभावना के लिए खोल दी हैं कि वे मोकू:प्रो का उपयोग करके ठीक वही माप समाधान बना सकते हैं जिसकी उन्हें आवश्यकता है।