Daniel Shaddock là đồng sáng lập của Dụng cụ lỏng và giáo sư vật lý tại Đại học Quốc gia Úc ở Canberra. Anh ấy đã nói chuyện với Hamish Johnston về sự đổi mới trong ngành thử nghiệm và đo lường
với các thiết bị kiểm tra và đo lường. (Được phép: Dụng cụ lỏng)
Phần lớn sự nghiệp nghiên cứu của bạn tập trung vào việc sử dụng quang học để đo lường những biến đổi cực nhỏ của lực hấp dẫn, bao gồm cả sóng hấp dẫn. Bạn có thể mô tả công việc học tập của bạn?
Mối quan tâm nghiên cứu chính của tôi là đo lường quang học và tôi đã làm việc trên LIGO và LISA máy dò sóng hấp dẫn. Tôi là một người rất có định hướng mục tiêu và tôi đã bị thu hút rất nhiều bởi những thách thức đo lường lớn của việc phát hiện sóng hấp dẫn khi tôi bắt đầu làm việc trong lĩnh vực này với tư cách là một sinh viên sau đại học vào năm 1996. Có vẻ như đây là một vấn đề vô cùng khó khăn: làm thế nào để bạn tạo ra thiết bị đo lường nhạy cảm nhất thế giới? Tôi đã làm việc với hàng trăm nhà nghiên cứu khác, điều mà tôi nghĩ khiến tất cả chúng tôi cảm thấy bớt điên rồ hơn một chút. Thật vui mừng khi sóng hấp dẫn được LIGO phát hiện vào năm 2015.
Trong thời gian đầu sự nghiệp của mình, tôi rất quan tâm đến các khía cạnh giải quyết vấn đề của đo lường. Chúng tôi đã dành rất nhiều thời gian và công sức để xây dựng công nghệ LIGO, và tôi bắt đầu nghĩ về cách chúng tôi có thể chia sẻ nó với phần còn lại của thế giới để giải quyết các thách thức đo lường khác. Đó là điều đã thúc đẩy tôi tìm hiểu sâu hơn để hiểu công nghệ đo lường ở cấp độ khoa học, rất cơ bản.
Bạn đã thành lập Liquid Instruments vào năm 2014 vì bạn thất vọng với sự thiếu đổi mới trong ngành thử nghiệm và đo lường. Các vấn đề với bộ dụng cụ được cung cấp vào thời điểm đó là gì?
Đây là một trong những ngành công nghiệp không thay đổi trong nhiều thập kỷ. Những người đã sử dụng máy hiện sóng từ những năm 1970 hoặc thậm chí những năm 1960 sẽ thấy các thiết bị hiện đại quen thuộc. Thiết bị thử nghiệm không theo kịp cách chúng ta tương tác với công nghệ – sử dụng không thú vị. Rất nhiều ngành công nghiệp khác đã cải tiến và điều chỉnh sản phẩm của họ theo công nghệ kỹ thuật số hiện đại, điều đó khiến tôi nhận ra rằng nếu chúng ta cải thiện cách mọi người tương tác với thiết bị của họ thì điều đó sẽ cải thiện cuộc sống của họ trong phòng thí nghiệm.
Vào khoảng thời gian đó, nghiên cứu về sóng hấp dẫn của tôi đang chuyển từ các máy dò trên mặt đất như LIGO sang các máy dò trên không gian như Người tìm đường LISA. Điều này có nghĩa là chúng tôi phải thay đổi cách chúng tôi thực hiện các phép đo. LIGO có khoảng 100,000 kênh đo lường và yêu cầu một đội ngũ sinh viên tốt nghiệp và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ để duy trì hoạt động của nó. Bạn không thể làm điều đó trong không gian nên thách thức là tạo ra một loại hệ thống đo lường mới mà bạn có thể phóng bằng tên lửa và vận hành từ xa trong một thập kỷ. Chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi phải chuyển từ cách tiếp cận vật lý, có dây cứng để kiểm tra và đo lường sang một hệ thống dựa trên máy tính sử dụng phần mềm thông minh.
Đó có phải là khi bạn bắt đầu sử dụng chip máy tính mảng cổng lập trình được (FPGA) không?
Đúng. Vấn đề khi cố gắng thực hiện kiểm tra và đo lường bằng máy tính thông thường là nó không có các kết nối vật lý với thế giới thực cần thiết để thực hiện các phép đo chính xác. Nhưng có một loại chip máy tính mới mà tôi đã nghe nói đến khi còn ở Caltech vào cuối những năm 1990 – FPGA. FPGA là một máy tính có thể được cấu hình lại và nối lại hoàn toàn trong một phần giây. FPGA dường như là một nền tảng hữu ích để hợp nhất thế giới máy tính với thế giới phần cứng và tạo ra thứ gì đó lớn hơn tổng số các bộ phận của nó.
Chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi có thể sử dụng FPGA để thay thế một lượng lớn thiết bị thông thường bao gồm máy hiện sóng, máy phân tích quang phổ, bộ tạo tín hiệu và bộ khuếch đại khóa. Có hàng chục, thậm chí có thể hơn 100 loại thiết bị khác nhau có thể được tạo bằng cách sử dụng FPGA.
Moku-Pro có thể chạy nhiều công cụ cùng một lúc, điều này có thể giao tiếp với nhau
Lợi ích của phương pháp FPGA là gì?
Chúng tôi đã bắt đầu sử dụng FPGA để tạo phasemeter cho máy dò sóng hấp dẫn LISA. Chúng tôi không chọn kiến trúc dựa trên FPGA vì tính linh hoạt của nó. Chúng tôi đã chọn nó vào thời điểm đó vì đó là cách duy nhất chúng tôi có thể đạt được hiệu suất mà LISA yêu cầu.
Tuy nhiên, chúng tôi nhanh chóng nhận ra rằng chúng tôi có thể cấu hình lại FPGA để chạy như một máy hiện sóng, hoặc có thể là một máy phân tích quang phổ. Điều quan trọng, chúng tôi nhận thấy rằng phương pháp này có rất nhiều lợi thế. Điều đó có nghĩa là chúng tôi không phải tranh giành thiết bị với các nhà nghiên cứu khác trong phòng thí nghiệm nơi chúng tôi chỉ có một máy phân tích quang phổ. Điều đó cũng có nghĩa là chúng tôi có thể chạy thử nghiệm từ xa vì chúng tôi không phải cắm hoặc rút dây cáp để chuyển đổi thiết bị.
Một lợi ích quan trọng khác của cách tiếp cận FPGA của chúng tôi là chúng tôi có thể sử dụng phần mềm để tùy chỉnh các công cụ nhằm thực hiện chính xác những gì chúng tôi muốn. Ví dụ: nếu chúng tôi muốn thay đổi bộ lọc trên bộ khuếch đại khóa trong của mình, chúng tôi không cần phải mở hộp và lấy mỏ hàn ra.
Chúng tôi có thể tạo ra vô số loại nhạc cụ chỉ với một thiết bị duy nhất. Và vì thiết bị đó cực kỳ hữu ích nên chúng tôi đã nỗ lực thiết kế nó theo tiêu chuẩn cao. Chúng tôi bắt đầu cho các đồng nghiệp trên khắp thế giới mượn các nhạc cụ của mình và chúng tôi nhận thấy rằng họ sẽ không bao giờ trả lại chúng. Họ sẽ từ chối trả lại chúng. Và chúng tôi nghĩ, “Ồ, thật thú vị.”
Đó có phải là khi bạn nhận ra tiềm năng thương mại của phương pháp FPGA?
Có, cách tiếp cận do phần mềm xác định đã mang lại cho chúng tôi tính linh hoạt, khả năng mở rộng và khả năng nâng cấp. Công nghệ này đang được cải thiện nhanh chóng và tôi thấy rõ ràng rằng nó sẽ thống trị ngành thử nghiệm và đo lường trong 10 hoặc XNUMX năm nữa. Đồng thời, ngành công nghiệp điện toán tập trung vào việc cải thiện trải nghiệm người dùng và điều này khiến chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi có một sản phẩm thực sự hấp dẫn.
Vì vậy, bạn đã ra mắt sản phẩm đầu tiên của mình, Moku:Lab vào năm 2016. Nó như thế nào?
Chúng tôi đã phát hành Moku:Lab như một sản phẩm khả thi tối thiểu của mình và có ba công cụ trên đó: một máy hiện sóng; máy phân tích quang phổ; và một bộ tạo dạng sóng. Ngày nay, những khách hàng đầu tiên đó giờ đây có thể chạy 12 công cụ bằng cách cập nhật một ứng dụng trên iPad. Cách tiếp cận này đang trở nên phổ biến trong toàn bộ lĩnh vực công nghệ – những sản phẩm ngày càng tốt hơn theo thời gian. Điều này không giống như thiết bị kiểm tra thông thường, không thể dễ dàng nâng cấp sau khi bạn mua.
Moku:Lab lần đầu tiên được đón nhận như thế nào?
Khi chúng tôi thành lập công ty, nhóm của tôi và tôi đã có danh tiếng khá tốt trong việc phát triển thiết bị đo đạc. Vì vậy, thay vì bị gạt bỏ, mọi người nghĩ, “Có một số người khá nghiêm túc đứng sau Liquid Instruments, và nếu họ nghĩ đó là một ý kiến hay, thì có lẽ đáng để xem xét lại”. Danh tiếng ban đầu của chúng tôi đặc biệt mạnh mẽ trong thị trường đại học vì tôi là giáo sư vật lý tại ANU, một trường đại học hàng đầu.
Chúng tôi nhận thấy rằng các nhà vật lý và kỹ sư thực nghiệm là những người luôn hướng về phía trước và sẵn sàng thử các công nghệ mới. Đây có xu hướng là những người đầu tiên áp dụng các công nghệ cá nhân mới trong số bạn bè của họ – hoặc khi còn nhỏ, họ có thể phụ trách lập trình bộ hẹn giờ VCR của gia đình. Chúng tôi đã có một số lượng lớn người ủng hộ trong những ngày đầu tiên, những người này ngay lập tức nhìn thấy những lợi ích tiềm năng của phương pháp của chúng tôi và nhận ra rằng nỗ lực đầu tiên của chúng tôi sẽ không hoàn hảo.
Khi thâm nhập vào các thị trường mới, chúng tôi nhận thấy rằng các lĩnh vực khác nhau có mức độ chấp nhận rủi ro khác nhau khi áp dụng công nghệ mới. Ngoài ra, có một số tâm lý rất thú vị liên quan khi mọi người bắt gặp các công nghệ mới. Chúng tôi đã phát hiện ra điều này khi phát hành nhạc cụ mới đầu tiên cho Moku:Lab – bao gồm máy đo pha và bộ khuếch đại khóa. Vào thời điểm đó, chúng tôi đang bán thiết bị này với giá 5000 đô la và chúng tôi đã nghe thấy hai điều rất khác nhau. Đầu tiên là, “Chà, tôi không sử dụng tất cả các công cụ này, vì vậy tôi muốn được giảm giá.” Nhóm người thứ hai nói với chúng tôi: “Ôi trời, đây quả là một giá trị tuyệt vời. Nếu bạn thực sự cung cấp tất cả các công cụ này ở mức giá đó, thì chúng không thể tốt được. Tất cả chúng đều là rác rưởi.”
Vì vậy, cuối cùng chúng tôi đã tạo ra một phiên bản Moku:Lab rẻ hơn, có ít công cụ hơn và chúng tôi đã tạo ra một phiên bản đắt tiền hơn, hiện có 12 công cụ. Về mặt thương mại, đây hóa ra là một trong những quyết định tốt nhất mà chúng tôi đưa ra.
Một trong những phiên bản đó được thiết kế để sử dụng trong phòng thí nghiệm đại học. Làm thế nào mà thị trường đó xuất hiện?
Chúng tôi nhận thấy rằng nhiều người đang sử dụng Moku:Lab ban đầu trong các phòng thí nghiệm dành cho sinh viên đại học, nhưng nó chưa bao giờ thực sự được thiết kế cho ứng dụng đó – nó quá đắt và hiệu suất quá cao. Nhưng các trường đại học nhận thấy rằng sinh viên thực sự thích sử dụng nó. Họ thấy nó hấp dẫn, hấp dẫn và không gây cảm giác sợ hãi khi sử dụng vì nó nói lên cách họ tương tác với các thiết bị công nghệ cá nhân. Một điểm cộng nữa là Moku:Lab đã đơn giản hóa phép đo trong phòng thí nghiệm và do đó cho phép sinh viên tập trung vào các khái niệm mà họ dự định học.
Tuy nhiên, phiên bản gốc quá đắt nên chúng tôi đã ra mắt Moku:Go vào năm ngoái. Nó có giá khoảng 600 đô la và nó thay thế toàn bộ băng ghế dự bị đại học trong phòng thí nghiệm vật lý hoặc kỹ thuật điện điển hình. Đó là một thành công thực sự và chúng tôi đã bán được nhiều Moku:Gos hơn chúng tôi đã bán Moku:Labs trong lịch sử của công ty. Chúng tôi tin rằng nó có tiềm năng dân chủ hóa giáo dục khoa học trên toàn thế giới và cải thiện trải nghiệm của sinh viên. Thật vậy, các sinh viên đã viết thư cho chúng tôi nói rằng họ không thích hoặc không hiểu công việc trong phòng thí nghiệm của mình cho đến khi họ bắt đầu sử dụng Moku:Go – điều này rất hài lòng.
Bạn cũng đã phát hành phiên bản cao cấp của Moku:Lab
Kể từ năm 2016, chúng tôi đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm, chúng tôi là một công ty lớn hơn nhiều và chúng tôi có nhiều năng lực kỹ thuật hơn trong nhóm. Điều đó đã cho phép chúng tôi ra mắt sản phẩm chủ lực mới của mình, Moku:Pro. Đó là sản phẩm mà chúng tôi ước mình có thể làm ngay từ đầu, nhưng chúng tôi chỉ mất một chút thời gian để đạt được điều đó. Nó có thể cạnh tranh với các thiết bị cao cấp bao gồm cả máy hiện sóng và nó đã thực sự cho mọi người thấy những gì tương lai nắm giữ để kiểm tra và đo lường.
Chúng tôi đã tận dụng thực tế là các FPGA ngày càng lớn hơn theo thời gian. Moku:Lab được thiết kế để chạy như một công cụ tại một thời điểm – và tốt nhất là nó có thể chạy đồng thời một vài công cụ trong tương lai. FPGA trong Moku:Pro có kích thước gấp 10 lần kích thước của chip trong Moku:Lab và điều này có nghĩa là chúng tôi có thể chia nó thành nhiều phần. Thay vì chỉ chạy một nhạc cụ, nó có thể chạy nhiều nhạc cụ cùng một lúc.
Hơn nữa, các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng các tín hiệu băng thông cao, không bị mất dữ liệu và độ trễ thấp không bao giờ rời khỏi chip. Moku:Pro thực sự là một giải pháp thay thế cho các hệ thống PXI và VXI lớn hiện đang phổ biến trong các phòng thí nghiệm cao cấp cũng như các cơ sở kỹ thuật và sản xuất trên khắp thế giới.
Một ưu tiên khác đối với chúng tôi là người dùng Moku:Pro có thể lập trình FPGA bằng các công cụ của riêng họ bằng các công cụ đơn giản mà chúng tôi cung cấp. Tất cả những gì bạn cần là một trình duyệt web – không cần cài đặt phần mềm – và bạn có thể xây dựng công cụ của riêng mình từ đầu, sau đó chạy nó trong phòng thí nghiệm chỉ trong vài phút. Điều đó đã thực sự mở rộng tầm mắt của mọi người về khả năng họ có thể sử dụng Moku:Pro để xây dựng chính xác giải pháp đo lường mà họ cần.
