Дэниел Шэддок является соучредителем Жидкие инструменты и профессор физики Австралийского национального университета в Канберре. Он поговорил с Хэмишем Джонстоном об инновациях в индустрии испытаний и измерений.
с испытательным и измерительным оборудованием. (Любезно предоставлено: Liquid Instruments)
Большая часть вашей исследовательской карьеры была посвящена использованию оптики для измерения крошечных изменений гравитации, включая гравитационные волны. Можете ли вы описать свою научную работу?
Мои основные исследовательские интересы связаны с оптической метрологией, и я работал над LIGO и LISA детекторы гравитационных волн. Я очень целеустремленный человек, и когда я начал работать в этой области в качестве аспиранта в 1996 году, меня очень привлекали большие проблемы измерения обнаружения гравитационных волн. Это казалось невероятно сложной задачей: как сделать самое чувствительное измерительное устройство в мире? Я работал с сотнями других исследователей, что, я думаю, заставило всех нас чувствовать себя немного менее сумасшедшими. Было очень приятно, когда гравитационные волны были обнаружены LIGO в 2015 году.
В начале своей карьеры я очень заинтересовался аспектами измерения, связанными с решением проблем. Мы потратили так много времени и усилий на разработку технологии LIGO, и я начал думать о том, как мы могли бы поделиться ею с остальным миром для решения других задач измерения. Именно это побудило меня глубже изучить технологию измерения на очень фундаментальном, научном уровне.
Вы основали Liquid Instruments в 2014 году, потому что были разочарованы отсутствием инноваций в индустрии испытаний и измерений. Какие проблемы были с предлагаемым набором в то время?
Это одна из тех отраслей, которая не менялась на протяжении многих-многих десятилетий. Людям, которые пользовались осциллографом в 1970-х или даже 1960-х годах, современные приборы будут знакомы. Тестовое оборудование не поспевает за тем, как мы взаимодействуем с технологиями — его использование не приносит удовольствия. Так много других отраслей улучшили и адаптировали свои продукты в свете современных цифровых технологий, что я понял, что если мы улучшим то, как люди взаимодействуют со своим оборудованием, это улучшит их жизнь в лаборатории.
Примерно в то же время мои исследования гравитационных волн перешли от наземных детекторов, таких как LIGO, к космическим детекторам, таким как ЛИЗА Следопыт. Это означало, что нам пришлось изменить способ проведения измерений. LIGO имеет около 100,000 XNUMX измерительных каналов и требует, чтобы армия аспирантов и постдоков поддерживала его работу. Вы не можете сделать это в космосе, поэтому задача состояла в том, чтобы создать новый тип измерительной системы, которую вы могли бы запустить на ракете и управлять удаленно в течение десятилетия. Мы поняли, что должны перейти от физического жесткого подхода к тестированию и измерению к компьютерной системе, использующей интеллектуальное программное обеспечение.
Это когда вы начали использовать компьютерные чипы с программируемой вентильной матрицей (FPGA)?
Да. Проблема с попытками провести испытания и измерения с помощью обычного компьютера заключается в том, что он не имеет физической связи с реальным миром, необходимой для проведения точных измерений. Но был новый тип компьютерного чипа, о котором я слышал еще в Калифорнийском технологическом институте в конце 1990-х — FPGA. FPGA — это компьютер, который можно полностью переконфигурировать и перемонтировать за доли секунды. FPGA казалась полезной платформой для слияния мира компьютеров с миром аппаратного обеспечения и создания чего-то большего, чем сумма его частей.
Мы поняли, что можем использовать FPGA для замены большого количества традиционных приборов, включая осциллографы, анализаторы спектра, генераторы сигналов и синхронные усилители. Существуют десятки, а может быть, даже более 100 различных типов устройств, которые можно создать с помощью ПЛИС.
Moku-Pro может одновременно запускать множество инструментов, что умеют общаться друг с другом
Каковы преимущества подхода FPGA?
Мы начали использовать FPGA для создания фазометра для детектора гравитационных волн LISA. Мы выбрали архитектуру на основе FPGA не из-за ее гибкости. Мы выбрали его в то время, потому что это был единственный способ получить производительность, требуемую LISA.
Однако мы быстро поняли, что можем переконфигурировать FPGA для работы в качестве осциллографа или, возможно, в качестве анализатора спектра. Важно отметить, что мы заметили, что у этого подхода есть много преимуществ. Это означало, что нам не нужно было бороться за оборудование с другими исследователями в лаборатории, где у нас был только один анализатор спектра. Это также означало, что мы могли проводить эксперименты удаленно, потому что нам не нужно было физически подключать или отключать кабели для переключения приборов.
Еще одним важным преимуществом нашего подхода FPGA является то, что мы можем использовать программное обеспечение для настройки инструментов, чтобы они делали именно то, что нам нужно. Например, если мы хотели заменить фильтр на нашем синхронном усилителе, нам не нужно было открывать коробку и доставать паяльник.
Мы могли бы создать огромное разнообразие инструментов с помощью одного устройства. И поскольку это устройство было невероятно полезным, мы приложили усилия, чтобы разработать его в соответствии с высокими стандартами. Мы начали одалживать наши инструменты нашим коллегам по всему миру, и мы заметили, что они никогда не вернут их. Они бы отказались их вернуть. И мы подумали: «О, это интересно».
Именно тогда вы осознали коммерческий потенциал подхода FPGA?
Да, наш программно-определяемый подход дал нам гибкость, масштабируемость и возможность обновления. Технология быстро совершенствовалась, и мне было ясно, что через пять или десять лет она будет доминировать в индустрии испытаний и измерений. В то же время компьютерная индустрия была сосредоточена на улучшении пользовательского опыта, и это заставило нас понять, что у нас есть действительно привлекательный продукт.
Итак, в 2016 году вы запустили свой первый продукт, Moku:Lab. Как это было?
Мы выпустили Moku:Lab как минимальный жизнеспособный продукт, в котором было три инструмента: осциллограф; анализатор спектра; и генератор сигналов. Сегодня эти первые клиенты могут запускать 12 инструментов, просто обновив приложение на iPad. Этот подход становится распространенным во всем технологическом секторе — продукты, которые со временем становятся лучше. Это отличается от обычного испытательного оборудования, которое нельзя легко модернизировать после его покупки.
Как был впервые получен Moku:Lab?
Когда мы основали компанию, у меня и моей команды была довольно хорошая репутация в области разработки приборов. Поэтому вместо того, чтобы быть отвергнутым, люди думали: «За Liquid Instruments стоят довольно серьезные люди, и если они считают, что это хорошая идея, то, вероятно, стоит еще раз взглянуть на нее». Наша первоначальная репутация была особенно сильна на университетском рынке, потому что я был профессором физики в АНУ, который является одним из лучших университетов.
Мы обнаружили, что физики-экспериментаторы и инженеры стремятся вперед и готовы опробовать новые технологии. Как правило, это люди, которые первыми внедряют новые персональные технологии среди своих друзей – или в детстве они, вероятно, отвечали за программирование таймера семейного видеомагнитофона. В первые дни у нас было много сторонников, которые сразу же увидели потенциальные преимущества нашего подхода и поняли, что наша первая попытка не будет идеальной.
По мере выхода на новые рынки мы обнаружили, что разные сектора по-разному склонны к риску при внедрении новых технологий. Кроме того, когда люди сталкиваются с новыми технологиями, возникает очень интересная психология. Мы обнаружили это, когда выпустили первые новые инструменты для Moku:Lab, которые включали фазометр и синхронный усилитель. В то время мы продавали устройство за 5000 долларов и слышали две совершенно разные вещи. Первый был: «Ну, я не использую все эти инструменты, поэтому мне нужна скидка». Вторая группа людей сказала нам: «Боже мой, это просто потрясающая цена. Если вы действительно предлагаете все эти инструменты по такой цене, они не могут быть очень хорошими. Все они должны быть мусором».
Итак, в итоге мы сделали более дешевую версию Moku:Lab, в которой было меньше инструментов, и более дорогую версию, которая теперь включает 12 инструментов. С коммерческой точки зрения это оказалось одним из лучших решений, которые мы приняли.
Одна из этих версий предназначена для использования в студенческих лабораториях. Как появился этот рынок?
Мы заметили, что многие люди использовали оригинальный Moku:Lab в студенческих лабораториях, но он никогда не был специально разработан для этого приложения — он был слишком дорогим и слишком высокопроизводительным. Но университеты обнаружили, что студентам очень понравилось его использовать. Они нашли его привлекательным, привлекательным и не пугающим в использовании, потому что он говорил о том, как они взаимодействовали с персональными технологическими устройствами. Еще одним плюсом было то, что Moku:Lab упростила измерения в лаборатории и, следовательно, позволила студентам сосредоточиться на концепциях, которые они должны были изучить.
Однако оригинальная версия была слишком дорогой, поэтому в прошлом году мы выпустили Moku:Go. Он стоит около 600 долларов и заменяет целую студенческую столешницу в типичной электротехнической или физической лаборатории. Это был настоящий хит, и мы уже продали больше Moku:Go, чем продали Moku:Labs за всю историю компании. Мы считаем, что у него есть потенциал для демократизации научного образования во всем мире и повышения качества обучения студентов. Действительно, студенты писали нам, что им не нравилась и не понималась их лабораторная работа, пока они не начали использовать Moku:Go, что очень приятно.
Вы также выпустили высококачественную версию Moku:Lab.
С 2016 года мы приобрели большой опыт, мы стали намного крупнее, и у нас в команде намного больше инженерного мастерства. Это позволило нам запустить наш новый флагманский продукт Moku:Pro. Это продукт, который мы хотели бы сделать в начале, но нам потребовалось немного времени, чтобы это сделать. Он может конкурировать с инструментами высокого класса, включая осциллографы, и действительно показал людям, что ждет будущее для испытаний и измерений.
Мы воспользовались тем фактом, что ПЛИС со временем становятся все больше и больше. Moku:Lab был разработан для одновременной работы как одного инструмента, и в лучшем случае в будущем он сможет запускать несколько инструментов одновременно. Размер FPGA в Moku:Pro в 10 раз превышает размер чипа в Moku:Lab, а это значит, что мы можем разделить его на несколько секций. Вместо того, чтобы работать только с одним прибором, он может работать со многими инструментами одновременно.
Более того, эти инструменты могут обмениваться данными друг с другом, используя сигналы с высокой пропускной способностью, без потерь и с малой задержкой, которые никогда не покидают микросхему. Moku:Pro является эффективной альтернативой большим системам PXI и VXI, которые в настоящее время повсеместно используются в передовых лабораториях, инженерных и производственных предприятиях по всему миру.
Еще одним нововведением для нас является то, что пользователи Moku:Pro могут программировать FPGA с помощью своих собственных инструментов, используя простые инструменты, которые мы предоставляем. Все, что вам нужно, это веб-браузер — устанавливать программное обеспечение не нужно — и вы можете создать свой собственный прибор с нуля, а затем запустить его в лаборатории за считанные минуты. Это действительно открыло людям глаза на возможность использования Moku:Pro для создания именно того измерительного решения, которое им нужно.
