Daniel Shaddock este co-fondator al Instrumente lichide și profesor de fizică la Universitatea Națională Australiană din Canberra. El a vorbit cu Hamish Johnston despre inovația în industria de testare și măsurare
cu echipamente de testare si masurare. (Cu amabilitatea: Liquid Instruments)
O mare parte din cariera ta de cercetare s-a concentrat pe utilizarea opticii pentru a măsura variațiile minuscule ale gravitației, inclusiv undele gravitaționale. Poți să-ți descrii activitatea academică?
Interesele mele principale de cercetare sunt în metrologia optică și am lucrat la LIGO și LISA detectoare de unde gravitaționale. Sunt o persoană foarte orientată spre obiective și am fost foarte atrasă de marile provocări de măsurare ale detectării undelor gravitaționale când am început să lucrez în domeniu ca student postuniversitar în 1996. Mi s-a părut o problemă imposibil de dificilă: cum faci cel mai sensibil dispozitiv de măsurare din lume? Lucram cu sute de alți cercetători, ceea ce cred că ne-a făcut pe toți să ne simțim puțin mai puțin nebuni. A fost foarte îmbucurător când undele gravitaționale au fost detectate de LIGO în 2015.
La începutul carierei mele, am devenit foarte interesat de aspectele de rezolvare a problemelor legate de măsurare. Am petrecut atât de mult timp și efort pentru a construi tehnologia LIGO și am început să mă gândesc cum am putea să o împărtășim cu restul lumii pentru a rezolva alte provocări de măsurare. Acesta este ceea ce m-a determinat să mă uit mai profund în înțelegerea tehnologiei de măsurare la un nivel foarte fundamental, științific.
Ați fondat Liquid Instruments în 2014, deoarece ați fost frustrați de lipsa de inovație în industria de testare și măsurare. Care au fost problemele cu trusa oferită la acea vreme?
Este una dintre acele industrii care nu s-a schimbat în multe, multe decenii. Oamenii care au folosit un osciloscop în anii 1970 sau chiar în anii 1960 le-ar fi familiarizat instrumentele moderne. Echipamentul de testare nu a ținut pasul cu modul în care interacționăm cu tehnologia – nu a fost distractiv de utilizat. Atât de multe alte industrii și-au îmbunătățit și adaptat produsele în lumina tehnologiilor digitale moderne, m-a făcut să realizez că dacă am îmbunătăți modul în care oamenii interacționează cu echipamentele lor, le-ar îmbunătăți viața în laborator.
În acea perioadă, cercetarea mea asupra undelor gravitaționale s-a îndepărtat de la detectoarele de la sol precum LIGO la detectoarele spațiale precum LISA Pathfinder. Aceasta a însemnat că a trebuit să schimbăm modul în care am făcut măsurători. LIGO are ceva de genul 100,000 de canale de măsurare și necesită o armată de studenți absolvenți și postdoc pentru a-l menține în funcțiune. Nu poți face asta în spațiu, așa că provocarea a fost să creezi un nou tip de sistem de măsurare pe care să-l poți lansa pe o rachetă și să îl poți opera de la distanță timp de un deceniu. Ne-am dat seama că trebuie să trecem de la o abordare fizică, prin cablu, la testare și măsurare, la un sistem bazat pe computer care folosește software inteligent.
Atunci ați început să utilizați cipuri de computer FPGA (field-programmable gate array)?
Da. Problema cu încercarea de a testa și măsura cu un computer convențional este că acesta nu are conexiunile fizice cu lumea reală necesare pentru a face măsurători precise. Dar a existat un nou tip de cip de computer despre care auzisem când eram la Caltech la sfârșitul anilor 1990 – FPGA. Un FPGA este un computer care poate fi complet reconfigurat și recablat într-o fracțiune de secundă. FPGA părea o platformă utilă pentru a îmbina lumea computerelor cu lumea hardware-ului și a face ceva mai mare decât suma părților sale.
Ne-am dat seama că am putea folosi FPGA pentru a înlocui o mare parte de instrumente convenționale, inclusiv osciloscoape, analizoare de spectru, generatoare de semnal și amplificatoare de blocare. Există zeci, sau poate chiar mai mult de 100 de tipuri diferite de dispozitive care pot fi create folosind FPGA-uri.
Moku-Pro poate rula mai multe instrumente simultan, ceea ce sunt capabili să comunice între ei
Care sunt beneficiile abordării FPGA?
Am început să folosim FPGA-uri pentru a crea un fazometru pentru detectorul de unde gravitaționale LISA. Nu am ales o arhitectură bazată pe FPGA din cauza flexibilității sale. Am ales-o la momentul respectiv pentru că era singura modalitate prin care puteam obține performanța cerută de LISA.
Cu toate acestea, ne-am dat seama rapid că am putea reconfigura FPGA pentru a rula ca un osciloscop, sau poate ca un analizor de spectru. În mod esențial, am observat că această abordare a avut o mulțime de avantaje. Însemna că nu trebuia să ne luptăm pentru echipament cu ceilalți cercetători într-un laborator unde aveam un singur analizor de spectru. De asemenea, însemna că am putea desfășura experimente de la distanță, deoarece nu trebuia să conectăm sau să deconectam fizic cablurile pentru a schimba instrumentele.
Un alt beneficiu important al abordării noastre FPGA este că am putea folosi software pentru a personaliza instrumentele pentru a face exact ceea ce ne-am dorit. Dacă doream să schimbăm filtrul amplificatorului nostru de blocare, de exemplu, nu trebuia să spargem cutia și să scoatem un fier de lipit.
Am putea crea o varietate enormă de instrumente cu un singur dispozitiv. Și pentru că acel dispozitiv a fost incredibil de util, am făcut efortul de a-l proiecta la un standard înalt. Am început să împrumutăm instrumentele colegilor noștri din întreaga lume și am observat că ei nu le vor da niciodată înapoi. Ar refuza să le returneze. Și ne-am gândit: „Oh, asta e interesant”.
Atunci ați realizat potențialul comercial al abordării FPGA?
Da, abordarea noastră definită de software ne-a oferit flexibilitate, scalabilitate și upgrade. Tehnologia se îmbunătăția rapid și mi-a fost clar că va domina industria de testare și măsurare în cinci sau 10 ani. În același timp, industria de calcul s-a concentrat pe îmbunătățirea experienței utilizatorului și acest lucru ne-a făcut să realizăm că avem un produs cu adevărat convingător.
Așa că ai lansat primul tău produs, Moku:Lab în 2016. Cum a fost?
Am lansat Moku:Lab ca produs minim viabil și aveam trei instrumente pe el: un osciloscop; un analizor de spectru; și un generator de forme de undă. Astăzi, primii clienți pot rula acum 12 instrumente prin simpla actualizare a unei aplicații pe un iPad. Această abordare devine comună în întregul sector al tehnologiei – produse care se îmbunătățesc în timp. Acest lucru este spre deosebire de echipamentul de testare convențional, care nu poate fi actualizat cu ușurință odată ce îl cumpărați.
Cum a fost primit prima dată Moku:Lab?
Când am început compania, echipa mea și cu mine aveam o reputație destul de bună pentru dezvoltarea instrumentelor. Deci, în loc să fie concediați, oamenii s-au gândit: „Sunt niște oameni destul de serioși în spatele Liquid Instruments și, dacă ei cred că este o idee bună, atunci probabil că merită să aruncați o a doua privire”. Reputația noastră inițială a fost deosebit de puternică pe piața universitară, deoarece am fost profesor de fizică la ANU, care este o universitate de top.
Am descoperit că fizicienii și inginerii experimentali sunt o grupă care se înclină înainte și sunt dispuși să încerce noi tehnologii. Aceștia tind să fie cei care sunt primii care adoptă noi tehnologii personale printre prietenii lor – sau, în copilărie, probabil că erau responsabili cu programarea temporizatorului VCR al familiei. Am avut un număr mare de suporteri în primele zile care au văzut imediat potențialele beneficii ale abordării noastre și și-au dat seama că prima noastră încercare nu va fi perfectă.
Pe măsură ce am intrat pe noi piețe, am constatat că diferite sectoare au apetituri diferite pentru risc atunci când adoptă noile tehnologii. De asemenea, există o psihologie foarte interesantă implicată atunci când oamenii întâlnesc noi tehnologii. Am descoperit acest lucru când am lansat primele instrumente noi pentru Moku:Lab – care includeau un fazometru și un amplificator de blocare. Vindeam dispozitivul la momentul respectiv cu 5000 de dolari și auzim două lucruri foarte diferite. Prima a fost: „Ei bine, nu folosesc toate aceste instrumente, așa că aș dori o reducere.” Un al doilea grup de oameni ne-a spus: „O, Doamne, aceasta este o valoare uimitoare. Dacă chiar oferiți toate aceste instrumente la prețul respectiv, ele nu pot fi foarte bune. Toate trebuie să fie niște gunoi.”
Așadar, am ajuns să facem o versiune mai ieftină de Moku:Lab, care avea mai puține instrumente, și am făcut o versiune mai scumpă, care vine acum cu 12 instrumente. Din punct de vedere comercial, aceasta s-a dovedit a fi una dintre cele mai bune decizii pe care le-am luat.
Una dintre aceste versiuni este concepută pentru utilizare în laboratoarele de licență. Cum a apărut această piață?
Am observat că mulți oameni foloseau Moku:Lab original în laboratoarele de licență, dar nu a fost niciodată conceput cu adevărat pentru acea aplicație – a fost mult prea scump și mult prea înalt de performanță. Dar universitățile au descoperit că studenților le plăcea foarte mult să-l folosească. Ei l-au găsit captivant, convingător și neintimidant de utilizat, deoarece a vorbit despre modul în care au interacționat cu dispozitivele tehnologice personale. Un alt plus a fost că Moku:Lab a simplificat măsurarea în laborator și, prin urmare, a permis elevilor să se concentreze asupra conceptelor pe care trebuiau să le învețe.
Cu toate acestea, versiunea originală a fost prea scumpă, așa că am ieșit cu Moku:Go anul trecut. Costă în jur de 600 USD și înlocuiește un întreg banc de licență într-un laborator tipic de inginerie electrică sau fizică. A fost un adevărat succes și am vândut deja mai multe Moku:Gos decât am vândut Moku:Labs în istoria companiei. Credem că are potențialul de a democratiza educația științifică din întreaga lume și de a îmbunătăți experiența studenților. Într-adevăr, studenții ne-au scris spunând că nu le-a plăcut sau nu au înțeles munca lor de laborator până când au început să folosească Moku:Go – ceea ce este foarte îmbucurător.
De asemenea, ați lansat o versiune high-end a Moku:Lab
Din 2016 am câștigat multă experiență, suntem o companie mult mai mare și avem mult mai multă pricepere inginerească în echipă. Acest lucru ne-a permis să lansăm noul nostru produs emblematic, Moku:Pro. Este produsul pe care ne-am fi dorit să îl facem la început, dar ne-a luat puțin timp să ajungem acolo. Poate concura cu instrumentele de ultimă generație, inclusiv osciloscoapele și le-a arătat cu adevărat oamenilor ce le rezervă viitorul pentru testare și măsurare.
Am profitat de faptul că FPGA-urile devin din ce în ce mai mari în timp. Moku:Lab a fost conceput pentru a rula ca un instrument la un moment dat – și, în cel mai bun caz, poate fi capabil să ruleze câteva instrumente simultan în viitor. FPGA din Moku:Pro este de 10 ori mai mare decât cipul din Moku:Lab și asta înseamnă că îl putem împărți în mai multe secțiuni. În loc să ruleze un singur instrument, poate rula mai multe instrumente simultan.
În plus, aceste instrumente pot comunica între ele folosind semnale cu lățime de bandă mare, fără pierderi și cu latență scăzută, care nu părăsesc niciodată cipul. Moku:Pro este în mod efectiv o alternativă la sistemele mari PXI și VXI care sunt în prezent omniprezente în laboratoarele de vârf și unitățile de inginerie și producție din întreaga lume.
O altă premieră pentru noi este că utilizatorii Moku:Pro pot programa FPGA cu propriile instrumente folosind instrumente simple pe care le oferim. Tot ce aveți nevoie este un browser web – nu există software de instalat – și vă puteți construi propriul instrument de la zero, apoi îl puteți rula în laborator în câteva minute. Acest lucru a deschis cu adevărat ochii oamenilor asupra posibilității că pot folosi Moku:Pro pentru a construi exact soluția de măsurare de care au nevoie.
