Деніел Шеддок є співзасновником компанії Рідкі інструменти і професор фізики в Австралійському національному університеті в Канберрі. Він говорив з Хемішем Джонстоном про інновації в галузі тестування та вимірювання
з тестовим і вимірювальним обладнанням. (Надано: Liquid Instruments)
Значна частина вашої дослідницької кар’єри була зосереджена на використанні оптики для вимірювання крихітних коливань сили тяжіння, включно з гравітаційними хвилями. Чи можете ви описати свою академічну роботу?
Мої основні наукові інтереси пов’язані з оптичною метрологією, і я працював над ЛІГО та LISA детектори гравітаційних хвиль. Я дуже цілеспрямована людина, і мене дуже привабили великі проблеми вимірювання виявлення гравітаційних хвиль, коли я почав працювати в цій галузі як аспірант у 1996 році. Це здавалося неймовірно складною проблемою: як зробити найчутливіший вимірювальний прилад у світі? Я працював із сотнями інших дослідників, що, на мою думку, змусило нас усіх почуватися трохи менш божевільними. Було дуже приємно, коли в 2015 році LIGO виявив гравітаційні хвилі.
На початку моєї кар’єри я дуже зацікавився аспектами вимірювання, пов’язаними з вирішенням проблем. Ми витратили стільки часу та зусиль, створюючи технологію LIGO, і я почав думати про те, як ми можемо поділитися нею з рештою світу, щоб вирішити інші проблеми вимірювання. Саме це спонукало мене глибше поглянути на розуміння вимірювальної технології на дуже фундаментальному науковому рівні.
Ви заснували Liquid Instruments у 2014 році, оскільки були розчаровані відсутністю інновацій у галузі тестування та вимірювання. Які були проблеми з пропонованим на той час комплектом?
Це одна з тих галузей, які не змінювалися багато-багато десятиліть. Люди, які користувалися осцилографами ще в 1970-х або навіть у 1960-х роках, знайшли б сучасні прилади знайомими. Обладнання для тестування не встигало за тим, як ми взаємодіємо з технологіями – ним було не цікаво користуватися. Так багато інших галузей покращили та адаптували свої продукти у світлі сучасних цифрових технологій, і я зрозумів, що якщо ми покращимо спосіб взаємодії людей зі своїм обладнанням, це покращить їхнє життя в лабораторії.
Приблизно в той час мої дослідження гравітаційних хвиль відійшли від наземних детекторів, таких як LIGO, до космічних детекторів, таких як LISA Pathfinder. Це означало, що нам довелося змінити спосіб проведення вимірювань. LIGO має близько 100,000 XNUMX вимірювальних каналів і потребує цілої армії аспірантів і постдоків, щоб підтримувати роботу. Ви не можете зробити це в космосі, тому завдання полягало в тому, щоб створити новий тип вимірювальної системи, яку можна було б запустити на ракеті та працювати дистанційно протягом десяти років. Ми зрозуміли, що маємо перейти від фізичного, жорсткого підходу до тестування та вимірювання до комп’ютерної системи, яка використовує інтелектуальне програмне забезпечення.
Це тоді ви почали використовувати комп’ютерні мікросхеми з програмованою вентильною матрицею (FPGA)?
Так. Проблема спроби провести тестування та вимірювання за допомогою звичайного комп’ютера полягає в тому, що він не має фізичних зв’язків із реальним світом, необхідних для проведення точних вимірювань. Але був новий тип комп’ютерних мікросхем, про які я почув, коли працював у Каліфорнійському технологічному інституті наприкінці 1990-х – FPGA. FPGA — це комп’ютер, який можна повністю переконфігурувати та підключити за частки секунди. FPGA здавалася корисною платформою для об’єднання світу комп’ютерів зі світом обладнання та створення чогось більшого, ніж сума його частин.
Ми зрозуміли, що можемо використовувати FPGA для заміни великої кількості традиційних приладів, включаючи осцилографи, аналізатори спектру, генератори сигналів і синхронізовані підсилювачі. Існують десятки, а може навіть більше 100 різних типів пристроїв, які можна створити за допомогою FPGA.
Moku-Pro може запускати багато інструментів одночасно, що вміють спілкуватися один з одним
Які переваги підходу FPGA?
Ми почали використовувати FPGA для створення фазометра для детектора гравітаційних хвиль LISA. Ми не обрали архітектуру на основі FPGA через її гнучкість. Ми обрали його тоді, тому що це був єдиний спосіб отримати продуктивність, яку вимагає LISA.
Однак ми швидко зрозуміли, що можемо переналаштувати FPGA для роботи як осцилографа або, можливо, як аналізатора спектру. Важливо те, що ми помітили, що такий підхід мав багато переваг. Це означало, що нам не потрібно було боротися за обладнання з іншими дослідниками в лабораторії, де у нас був лише один аналізатор спектру. Це також означало, що ми могли проводити експерименти віддалено, оскільки нам не потрібно було фізично підключати або від’єднувати кабелі для перемикання інструментів.
Ще одна важлива перевага нашого підходу FPGA полягає в тому, що ми могли використовувати програмне забезпечення для налаштування інструментів, щоб вони робили саме те, що ми хотіли. Наприклад, якщо ми хотіли змінити фільтр у підсилювачі з блокуванням, нам не потрібно було розкривати коробку й діставати паяльник.
Ми могли б створити величезну різноманітність інструментів за допомогою одного пристрою. І оскільки цей пристрій був неймовірно корисним, ми доклали зусиль, щоб розробити його за високими стандартами. Ми почали позичати наші інструменти нашим колегам по всьому світу, і ми помітили, що вони ніколи їх не повернуть. Вони б відмовилися їх повертати. І ми подумали: «О, це цікаво».
Це тоді ви усвідомили комерційний потенціал підходу FPGA?
Так, наш програмно-визначений підхід дав нам гнучкість, масштабованість і можливість оновлення. Технологія швидко вдосконалювалася, і мені було ясно, що вона домінуватиме в індустрії тестування та вимірювання через п’ять-десять років. У той же час комп’ютерна галузь була зосереджена на покращенні взаємодії з користувачем, і це змусило нас зрозуміти, що ми маємо дійсно переконливий продукт.
Отже, у 2016 році ви запустили свій перший продукт, Moku:Lab. Яким він був?
Ми випустили Moku:Lab як наш мінімально життєздатний продукт і мали на ньому три інструменти: осцилограф; аналізатор спектру; і генератор сигналів. Сьогодні ці перші клієнти тепер можуть використовувати 12 інструментів, просто оновивши програму на iPad. Цей підхід стає поширеним у всьому технологічному секторі – продукти, які з часом стають кращими. Це не схоже на звичайне тестове обладнання, яке не можна легко оновити після покупки.
Як вперше прийняли Moku:Lab?
Коли ми створювали компанію, ми з моєю командою мали доволі хорошу репутацію щодо розробки приладів. Тож замість того, щоб їх відкинули, люди думали: «За Liquid Instruments стоять досить серйозні люди, і якщо вони вважають, що це гарна ідея, то, мабуть, варто переглянути її ще раз». Наша початкова репутація була особливо сильною на університетському ринку, оскільки я був професором фізики в АНУ, який є університетом з найвищим рейтингом.
Ми з’ясували, що фізики-експериментатори та інженери – це група людей, які прагнуть вперед і готові випробувати нові технології. Це, як правило, люди, які першими впроваджують нові особисті технології серед своїх друзів – або в дитинстві вони, ймовірно, відповідали за програмування сімейного відеомагнітофонного таймера. У перші дні у нас була велика кількість прихильників, які одразу побачили потенційні переваги нашого підходу та зрозуміли, що наша перша спроба не буде ідеальною.
Виходячи на нові ринки, ми виявили, що різні сектори мають різну схильність до ризику під час впровадження нових технологій. Крім того, існує дуже цікава психологія, коли люди стикаються з новими технологіями. Ми виявили це, коли випустили перші нові інструменти для Moku:Lab, які включали фазометр і синхронізований підсилювач. У той час ми продавали пристрій за 5000 доларів, і ми чули дві дуже різні речі. Перше: «Ну, я не користуюся всіма цими інструментами, тому хочу отримати знижку». Друга група людей сказала нам: «Боже, це просто неймовірна цінність. Якщо ви дійсно надаєте всі ці інструменти за такою ціною, вони не можуть бути дуже хорошими. Вони всі повинні бути сміттям».
Отже, ми зробили дешевшу версію Moku:Lab, яка мала менше інструментів, і ми зробили дорожчу версію, яка тепер постачається з 12 інструментами. З комерційної точки зору це виявилося одним із найкращих рішень, які ми прийняли.
Одна з цих версій розроблена для використання в студентських лабораторіях. Як виник цей ринок?
Ми помітили, що багато людей використовували оригінальний Moku:Lab у студентських лабораторіях, але він ніколи не був розроблений для цього додатка – він був надто дорогим і надто високопродуктивним. Але університети виявили, що студентам дуже подобається користуватися нею. Вони вважали його привабливим, переконливим і нестрашним у використанні, оскільки він відповідав тому, як вони взаємодіяли з персональними технологічними пристроями. Ще один плюс полягав у тому, що Moku:Lab спростив вимірювання в лабораторії і, отже, дозволив студентам зосередитися на концепціях, які вони мали вивчати.
Однак оригінальна версія була надто дорогою, тому минулого року ми випустили Moku:Go. Він коштує близько 600 доларів і замінює цілу стільницю для студентів у типовій лабораторії електротехніки чи фізики. Це був справжній хіт, і ми вже продали більше Moku:Go, ніж Moku:Labs за всю історію компанії. Ми віримо, що це має потенціал для демократизації наукової освіти в усьому світі та покращення досвіду студентів. Дійсно, студенти написали нам, що вони не отримували задоволення від лабораторної роботи та не розуміли її, поки не почали використовувати Moku:Go, і це дуже приємно.
Ви також випустили висококласну версію Moku:Lab
З 2016 року ми отримали великий досвід, ми набагато більша компанія, і у нас набагато більше інженерної майстерності в команді. Це дозволило нам запустити наш новий флагманський продукт Moku:Pro. Це продукт, який ми хотіли створити на початку, але нам знадобилося трохи часу, щоб досягти цього. Він може конкурувати з високоякісними інструментами, включаючи осцилографи, і він дійсно показав людям, яке майбутнє чекає на випробування та вимірювання.
Ми скористалися тим фактом, що ПЛІС з часом стають все більшими і більшими. Moku:Lab було розроблено для роботи як один інструмент за раз – і в найкращому випадку він зможе одночасно запускати кілька інструментів у майбутньому. FPGA у Moku:Pro в 10 разів більша за розмір чіпа в Moku:Lab, і це означає, що ми можемо розділити його на кілька секцій. Замість того, щоб працювати лише один інструмент, він може запускати багато інструментів одночасно.
Більш того, ці інструменти можуть обмінюватися даними один з одним, використовуючи сигнали з високою пропускною здатністю, без втрат і з низькою затримкою, які ніколи не залишають чіп. Moku:Pro фактично є альтернативою великим системам PXI і VXI, які наразі повсюдно поширені в лабораторіях високого класу, інженерних і виробничих підприємствах по всьому світу.
Іншим першим для нас є те, що користувачі Moku:Pro можуть програмувати FPGA за допомогою власних інструментів за допомогою простих інструментів, які ми надаємо. Все, що вам потрібно, це веб-браузер – програмне забезпечення не потрібно встановлювати – і ви можете створити свій власний інструмент з нуля, а потім запустити його в лабораторії за лічені хвилини. Це дійсно відкрило людям очі на те, що вони можуть використовувати Moku:Pro для створення саме того вимірювального рішення, яке їм потрібно.
