Daniel Shaddock az alapítója Folyékony eszközök és fizikaprofesszor a canberrai Ausztrál Nemzeti Egyetemen. Hamish Johnstonnal a teszt- és mérési ágazat innovációjáról beszélt
vizsgáló és mérőberendezéssel. (Jóvolt: Liquid Instruments)
Kutatói pályafutásának nagy része az optikára összpontosított a gravitáció apró változásainak mérésére, beleértve a gravitációs hullámokat is. Leírnád a tudományos munkádat?
Elsődleges kutatási területem az optikai metrológia, és ezen dolgoztam LINK és a LISA gravitációs hullám detektorok. Nagyon céltudatos ember vagyok, és amikor 1996-ban posztgraduális hallgatóként elkezdtem a területen dolgozni, nagyon vonzottak a gravitációs hullámok detektálásának nagy mérési kihívásai. Lehetetlenül nehéz feladatnak tűnt: hogyan készíti el a világ legérzékenyebb mérőeszközét? Több száz másik kutatóval dolgoztam együtt, amitől azt hiszem, mindannyian kevésbé éreztük magunkat őrültnek. Nagyon örvendetes volt, amikor 2015-ben a LIGO gravitációs hullámokat észlelt.
Pályafutásom elején nagyon érdekeltek a mérés problémamegoldó vonatkozásai. Annyi időt és energiát fordítottunk a LIGO technológia kiépítésére, és elkezdtem gondolkodni azon, hogyan tudnánk megosztani azt a világ többi részével, hogy más mérési kihívásokat is megoldjunk. Ez késztetett arra, hogy mélyebben megvizsgáljam a mérési technológia megértését egy nagyon alapvető, tudományos szinten.
Ön 2014-ben alapította a Liquid Instruments céget, mert csalódott volt az innováció hiánya miatt a teszt- és mérési ágazatban. Milyen problémák voltak az akkori kínálattal?
Azon iparágak közé tartozik, amelyek sok-sok évtizede nem változtak. Azok az emberek, akik az 1970-es vagy akár az 1960-as években oszcilloszkópot használtak, ismerősnek találták a modern műszereket. A tesztberendezések nem tartottak lépést azzal, ahogyan mi interakcióba lépünk a technológiával – nem volt szórakoztató használni. Annyi más iparág fejlesztette és alakította át termékeit a modern digitális technológiák fényében, ami ráébredt arra, hogy ha javítjuk az emberek interakcióját a berendezéseikkel, az javítani fogja a laboratóriumi életüket.
Körülbelül akkoriban a gravitációs hullámokkal kapcsolatos kutatásaim a földi detektoroktól, például a LIGO-tól eltávolodtak az űralapú detektoroktól, mint pl. LISA Pathfinder. Ez azt jelentette, hogy változtatnunk kellett a mérések módján. A LIGO-nak körülbelül 100,000 XNUMX mérési csatornája van, és végzős hallgatók és posztdoktorok serege kell ahhoz, hogy folyamatosan zúgjon. Az űrben ezt nem lehet megtenni, ezért a kihívás egy új típusú mérőrendszer létrehozása volt, amelyet rakétával fel lehet lőni, és egy évtizeden keresztül távolról működtetni. Rájöttünk, hogy a fizikai, vezetékes megközelítéstől a tesztelés és mérés felé kell elmozdulnunk egy intelligens szoftvert használó számítógép-alapú rendszer felé.
Ekkor kezdted el használni a mezőben programozható kaputömb (FPGA) számítógépes chipeket?
Igen. A hagyományos számítógéppel való tesztelés és mérés problémaköre az, hogy nem rendelkezik a valós világgal való fizikai kapcsolatokkal, amelyek a pontos mérésekhez szükségesek. De volt egy új típusú számítógépes chip, amelyről a Caltechnél hallottam még az 1990-es évek végén – az FPGA. Az FPGA egy olyan számítógép, amely a másodperc töredéke alatt teljesen újrakonfigurálható és újrahuzalozható. Az FPGA hasznos platformnak tűnt a számítógépek világának a hardver világával való egyesítésére, és valami olyasvalami létrehozására, ami nagyobb, mint a részek összege.
Felismertük, hogy az FPGA segítségével számos hagyományos műszert helyettesíthetünk, beleértve az oszcilloszkópokat, spektrumanalizátorokat, jelgenerátorokat és rögzítőerősítőket. Több tíz, vagy akár több mint 100 különböző típusú eszközt lehet létrehozni FPGA-k segítségével.
A Moku-Pro több hangszert is képes futtatni egyszerre, ami képesek kommunikálni egymással
Milyen előnyei vannak az FPGA megközelítésnek?
Elkezdtük az FPGA-k használatát, hogy létrehozzunk egy fázismérőt a LISA gravitációs hullám detektorhoz. Nem a rugalmassága miatt választottunk FPGA-alapú architektúrát. Akkoriban azért választottuk, mert csak így tudtuk elérni a LISA által megkövetelt teljesítményt.
Azonban hamar rájöttünk, hogy az FPGA-t át is konfigurálhatjuk úgy, hogy oszcilloszkópként, vagy esetleg spektrumanalizátorként működjön. Lényeges, hogy észrevettük, hogy ennek a megközelítésnek sok előnye van. Ez azt jelentette, hogy nem kellett harcolnunk a felszerelésért a többi kutatóval egy olyan laborban, ahol csak egy spektrumanalizátorunk volt. Ez azt is jelentette, hogy távolról is futtathattunk kísérleteket, mert nem kellett fizikailag csatlakoztatnunk vagy kihúznunk a kábeleket a műszerek váltásához.
FPGA-megközelítésünk másik fontos előnye, hogy szoftverrel testreszabhatjuk az eszközöket, hogy pontosan azt tegyék, amit akartunk. Ha például szűrőt akartunk cserélni az erősítőn, akkor nem kellett feltörnünk a dobozt és elővenni a forrasztópákát.
Egyetlen eszközzel rengetegféle műszert tudtunk létrehozni. És mivel ez az eszköz hihetetlenül hasznos volt, igyekeztünk magas színvonalon megtervezni. Elkezdtük kölcsönadni hangszereinket kollégáinknak szerte a világon, és észrevettük, hogy soha nem adják vissza. Nem hajlandók visszaadni őket. És azt gondoltuk: "Ó, ez érdekes."
Ekkor ébredt rá az FPGA megközelítésben rejlő kereskedelmi lehetőségekre?
Igen, a szoftver által definiált megközelítésünk rugalmasságot, méretezhetőséget és frissíthetőséget biztosított számunkra. A technológia gyorsan fejlődött, és egyértelmű volt számomra, hogy öt-tíz éven belül uralni fogja a teszt- és mérésipart. Ugyanakkor a számítástechnikai ipar a felhasználói élmény javítására összpontosított, és ez ráébredt arra, hogy valóban lenyűgöző termékünk van.
Így 2016-ban piacra dobta első termékét, a Moku:Labot. Milyen volt?
Kiadtuk a Moku:Labot, mint a minimális életképes termékünket, és három műszer volt rajta: egy oszcilloszkóp; spektrumanalizátor; és egy hullámforma generátor. Ma az első ügyfelek már 12 eszközt futtathatnak, ha egyszerűen frissítenek egy alkalmazást iPaden. Ez a megközelítés egyre általánossá válik a technológiai szektorban – olyan termékek, amelyek idővel egyre jobbak lesznek. Ez eltér a hagyományos tesztberendezésektől, amelyek vásárlása után nem fejleszthetők könnyen.
Hogyan fogadták először a Moku:Lab-ot?
Amikor megalapítottuk a céget, a csapatommal jó hírnevet szereztünk a hangszerfejlesztés terén. Így ahelyett, hogy elbocsátották volna őket, az emberek azt gondolták: „Vannak elég komoly emberek a Liquid Instruments mögött, és ha úgy gondolják, hogy ez jó ötlet, akkor valószínűleg érdemes egy másik pillantást vetni rá”. Kezdeti hírnevünk különösen erős volt az egyetemi piacon, mert az ANU fizika professzora voltam, amely egy elsőrangú egyetem.
Megállapítottuk, hogy a kísérleti fizikusok és mérnökök előrehajló csapatot alkotnak, és hajlandóak új technológiákat kipróbálni. Általában ők azok, akik először alkalmazzák az új személyes technológiákat barátaik körében – vagy gyerekként valószínűleg ők voltak a felelősek a család videomagnó-időzítőjének programozásáért. A kezdeti időkben számos támogatónk volt, akik azonnal látták a megközelítésünk lehetséges előnyeit, és rájöttek, hogy az első próbálkozásunk nem lesz tökéletes.
Az új piacokra való behatolás során azt tapasztaltuk, hogy a különböző szektorok eltérő kockázati étvágyat mutatnak az új technológiák bevezetésekor. Emellett van néhány nagyon érdekes pszichológia is, amikor az emberek új technológiákkal találkoznak. Ezt akkor fedeztük fel, amikor kiadtuk az első új hangszereket a Moku:Lab-hoz – amelyek tartalmaztak egy fázismérőt és egy lock-in erősítőt. Akkoriban 5000 dollárért adtuk el a készüléket, és két nagyon eltérő dolgot hallottunk. Az első a következő volt: "Nos, nem használom ezeket a hangszereket, ezért szeretnék kedvezményt kapni." Az emberek egy második csoportja azt mondta nekünk: „Te jó ég, ez egyszerűen elképesztő érték. Ha valóban ezen az áron kínálja ezeket az eszközöket, akkor nem lehetnek túl jók. Biztosan mind szemétség.”
Így végül elkészítettük a Moku:Lab olcsóbb verzióját, amiben kevesebb hangszer volt, és elkészítettünk egy drágább verziót, ami most 12 hangszerrel érkezik. Kereskedelmi szempontból ez bizonyult az egyik legjobb döntésünknek.
Az egyik verziót egyetemi laborokban való használatra tervezték. Hogyan alakult ki ez a piac?
Észrevettük, hogy sokan az eredeti Moku:Lab-ot használták egyetemi laborokban, de valójában soha nem erre az alkalmazásra tervezték – túl drága volt és túl nagy teljesítményű. Az egyetemek azonban azt tapasztalták, hogy a diákok nagyon élvezték a használatát. Lenyűgözőnek, lenyűgözőnek és félelmetesnek találták a használatát, mert a személyes technológiai eszközökkel való interakciójukról beszélt. További plusz volt, hogy a Moku:Lab leegyszerűsítette a mérést a laborban, és így lehetővé tette a diákok számára, hogy azokra a fogalmakra összpontosítsanak, amelyeket el kellett tanulniuk.
Az eredeti verzió azonban túl drága volt, így tavaly kijöttünk a Moku:Go-val. Körülbelül 600 dollárba kerül, és egy teljes egyetemi munkaasztalt helyettesít egy tipikus elektrotechnikai vagy fizikai laborban. Igazi sláger volt, és máris több Moku:Gos-t adtunk el, mint amennyi Moku:Labst a cég történetében. Meggyőződésünk, hogy képes demokratizálni a tudományos oktatást szerte a világon, és javítani a hallgatói élményt. Valójában a diákok azt írták nekünk, hogy nem élvezték és nem értették meg a labormunkájukat, amíg el nem kezdték használni a Moku:Go-t – ami nagyon örvendetes.
Kiadtad a Moku:Lab csúcskategóriás verzióját is
2016 óta rengeteg tapasztalatot szereztünk, sokkal nagyobb cég vagyunk, és sokkal több mérnöki képességünk van a csapatban. Ez lehetővé tette számunkra, hogy piacra dobjuk új csúcstermékünket, a Moku:Pro-t. Ez az a termék, amelyet bárcsak az elején elkészíthettünk volna, de csak egy kis időbe telt, mire eljutottunk odáig. Versenyezhet a csúcskategóriás műszerekkel, beleértve az oszcilloszkópokat is, és valóban megmutatta az embereknek, mit hoz a jövő a tesztelés és mérés terén.
Kihasználtuk azt a tényt, hogy az FPGA-k idővel egyre nagyobbak. A Moku:Lab-t úgy tervezték, hogy egyszerre csak egy hangszerként működjön – és a legjobb esetben is képes lehet több műszer egyidejű futtatására a jövőben. A Moku:Pro FPGA-ja tízszer akkora, mint a Moku:Lab chipje, és ez azt jelenti, hogy több részre oszthatjuk. Ahelyett, hogy csak egy műszer működne, egyszerre több hangszert is futtathat.
Ráadásul ezek a műszerek nagy sávszélességű, veszteségmentes és alacsony késleltetésű jelekkel tudnak kommunikálni egymással, amelyek soha nem hagyják el a chipet. A Moku:Pro gyakorlatilag alternatívája a nagyméretű PXI- és VXI-rendszereknek, amelyek jelenleg mindenhol jelen vannak a csúcskategóriás laboratóriumokban, valamint a mérnöki és gyártó létesítményekben szerte a világon.
Számunkra egy másik első dolog, hogy a Moku:Pro felhasználók saját műszereikkel programozhatják az FPGA-t az általunk biztosított egyszerű eszközök segítségével. Mindössze egy webböngészőre van szüksége – nincs szükség szoftver telepítésére –, és a semmiből felépítheti saját műszerét, majd percek alatt futhat a laborban. Ez valóban felnyitotta az emberek szemét annak lehetőségére, hogy a Moku:Pro segítségével pontosan azt a mérési megoldást építhetik meg, amelyre szükségük van.
