丹尼尔·沙多克 是联合创始人 Liquid Instruments 堪培拉澳大利亚国立大学物理学教授。他与 Hamish Johnston 讨论了测试和测量行业的创新
配有测试和测量设备。 （由液体仪器提供）
您的大部分研究生涯都集中在使用光学来测量重力的微小变化，包括引力波。您能描述一下您的学术工作吗？
我的主要研究兴趣是光学计量学，我曾从事 LIGO 和 LISA 引力波探测器。我是一个非常注重目标的人，当我 1996 年作为一名研究生开始在该领域工作时，我就被引力波探测的巨大测量挑战所吸引。这似乎是一个不可能完成的难题： 如何制造世界上最灵敏的测量设备？我与其他数百名研究人员一起工作，我认为这让我们都感觉不那么疯狂了。 2015年LIGO探测到引力波时，非常令人欣慰。
在我的早期职业生涯中，我对测量解决问题的方面变得非常感兴趣。我们花费了大量的时间和精力来构建 LIGO 技术，我开始思考如何与世界其他地方分享它，以解决其他测量挑战。这促使我在非常基础的科学层面上更深入地了解测量技术。
您于 2014 年创立了 Liquid Instruments，因为您对测试和测量行业缺乏创新感到沮丧。当时提供的套件存在哪些问题？
这是几十年来没有改变的行业之一。早在 1970 世纪 1960 年代甚至 XNUMX 年代使用示波器的人会发现现代仪器很熟悉。测试设备没有跟上我们与技术互动的方式——使用起来并不有趣。许多其他行业都根据现代数字技术改进和调整了他们的产品，这让我意识到，如果我们改善人们与设备的互动方式，就会改善他们在实验室的生活。
大约在那个时候，我的引力波研究正在从 LIGO 等地面探测器转向像 LIGO 这样的太空探测器 丽莎探路者。这意味着我们必须改变测量的方式。 LIGO 拥有大约 100,000 个测量通道，需要一支研究生和博士后大军来保持其运转。在太空中无法做到这一点，因此挑战是创建一种新型测量系统，可以用火箭发射并远程操作十年。我们意识到，我们必须从物理的、硬连线的测试和测量方法转向使用智能软件的基于计算机的系统。
您是从那时开始使用现场可编程门阵列 (FPGA) 计算机芯片的吗？
是的。尝试使用传统计算机进行测试和测量的问题在于，它没有与现实世界进行精确测量所需的物理连接。但 1990 世纪 XNUMX 年代末我在加州理工学院时就听说过一种新型计算机芯片——FPGA。 FPGA 是一种可以在几分之一秒内完全重新配置和重新布线的计算机。 FPGA 似乎是一个有用的平台，可以将计算机世界与硬件世界融合在一起，并创造出比各部分之和更大的东西。
我们意识到可以使用 FPGA 取代大量传统仪器，包括示波器、频谱分析仪、信号发生器和锁定放大器。使用 FPGA 可以创建数十种甚至超过 100 种不同类型的设备。
Moku-Pro 可以同时运行许多仪器，这 能够互相沟通
FPGA 方法有哪些优点？
我们已经开始使用 FPGA 为 LISA 引力波探测器创建相位计。我们没有选择基于 FPGA 的架构，因为它具有灵活性。我们当时选择它是因为这是我们能够获得 LISA 所需性能的唯一方法。
然而，我们很快意识到我们可以重新配置 FPGA，使其作为示波器或频谱分析仪运行。至关重要的是，我们注意到这种方法有很多优点。这意味着我们不必在只有一台频谱分析仪的实验室里与其他研究人员争夺设备。这还意味着我们可以远程进行实验，因为我们无需物理地插入或拔出电缆来切换仪器。
我们的 FPGA 方法的另一个重要好处是，我们可以使用软件来定制仪器，以完全满足我们的需求。例如，如果我们想更换锁相放大器上的滤波器，我们不必打开盒子并拿出烙铁。
我们可以用单一设备创建种类繁多的仪器。由于该设备非常有用，因此我们努力按照高标准对其进行设计。我们开始将仪器借给世界各地的同事，但我们注意到他们永远不会归还仪器。他们会拒绝归还它们。我们想，“哦，这很有趣。”
您是在那时意识到 FPGA 方法的商业潜力的吗？
是的，我们的软件定义方法为我们提供了灵活性、可扩展性和可升级性。该技术正在迅速进步，我很清楚它将在五年或十年内主导测试和测量行业。与此同时，计算行业专注于改善用户体验，这让我们意识到我们拥有真正引人注目的产品。
所以你在 2016 年推出了你的第一个产品 Moku:Lab。那感觉怎么样？
我们发布了 Moku:Lab 作为我们的最低可行产品，并配备了三种仪器：示波器；频谱分析仪；和波形发生器。如今，第一批客户只需更新 iPad 上的应用程序即可运行 12 种仪器。这种方法在整个技术领域变得越来越普遍——产品会随着时间的推移而变得更好。这与传统的测试设备不同，传统的测试设备一旦购买就无法轻松升级。
Moku:Lab 最初的反响如何？
当我们创办公司时，我和我的团队在开发仪器方面享有很高的声誉。因此，人们并没有被解雇，而是认为，“Liquid Instruments 背后有一些非常认真的人，如果他们认为这是一个好主意，那么可能值得再考虑一下”。我们最初在大学市场上的声誉特别高，因为我是澳大利亚国立大学的物理学教授，这是一所一流的大学。
我们发现实验物理学家和工程师是一群具有前瞻性的人，愿意尝试新技术。这些人往往是在朋友中最先采用新的个人技术的人，或者小时候他们可能负责对家庭的 VCR 计时器进行编程。我们在早期拥有大量支持者，他们立即看到了我们方法的潜在好处，并意识到我们的第一次尝试不会是完美的。
当我们进军新市场时，我们发现不同行业在采用新技术时对风险的偏好不同。此外，当人们遇到新技术时，还会涉及一些非常有趣的心理。当我们为 Moku:Lab 发布第一批新仪器时，我们发现了这一点——其中包括相位计和锁定放大器。当时我们以 5000 美元的价格出售该设备，但我们听到了两种截然不同的情况。第一个是，“嗯，我不使用所有这些仪器，所以我想要折扣。”第二群人对我们说：“天哪，这真是太值了。如果你真的以这个价格提供所有这些仪器，它们就不会很好。他们一定都是垃圾。”
因此，我们最终制作了一个更便宜的 Moku:Lab 版本，其中包含更少的乐器，并且我们制作了一个更昂贵的版本，现在配备了 12 种乐器。从商业角度来看，这是我们做出的最佳决定之一。
其中一个版本是专为本科生实验室使用而设计的。这个市场是如何出现的？
我们注意到很多人在本科生实验室中使用原始的 Moku:Lab，但它从未真正针对该应用而设计 - 它太昂贵且性能太高。但大学发现学生真的很喜欢使用它。他们发现它使用起来很有吸引力、引人注目且不令人生畏，因为它反映了他们与个人技术设备交互的方式。另一个优点是 Moku:Lab 简化了实验室中的测量，因此允许学生专注于他们要学习的概念。
然而，最初的版本太贵了，所以我们去年推出了 Moku:Go。它的成本约为 600 美元，可取代典型电气工程或物理实验室中的整个本科生实验台。它非常受欢迎，我们售出的 Moku:Go 数量已经超过了公司历史上售出的 Moku:Labs 数量。我们相信它有潜力使世界各地的科学教育民主化并改善学生的体验。事实上，学生们写信给我们说，他们在开始使用 Moku:Go 之前并不喜欢或理解他们的实验室工作 - 这是非常令人欣慰的。
您还发布了 Moku:Lab 的高端版本
自 2016 年以来，我们获得了很多经验，我们是一家规模更大的公司，我们的团队也拥有更多的工程能力。这使得我们能够推出新的旗舰产品 Moku:Pro。这是我们希望一开始就能制作出的产品，但我们只是花了一点时间才实现这一目标。它可以与包括示波器在内的高端仪器竞争，它真正向人们展示了测试和测量的未来。
我们利用了 FPGA 随着时间的推移变得越来越大的事实。 Moku:Lab 被设计为一次作为一台仪器运行 - 未来最多可以同时运行多台仪器。 Moku:Pro 中的 FPGA 尺寸是 Moku:Lab 中芯片尺寸的 10 倍，这意味着我们可以将其分为几个部分。它不是只运行一台仪器，而是可以同时运行多台仪器。
更重要的是，这些仪器可以使用永远不会离开芯片的高带宽、无损和低延迟信号相互通信。 Moku:Pro 实际上是大型 PXI 和 VXI 系统的替代品，这些系统目前在世界各地的高端实验室以及工程和制造设施中普遍存在。
我们的另一个第一是 Moku:Pro 用户可以使用我们提供的简单工具，用自己的仪器对 FPGA 进行编程。您只需要一个网络浏览器 - 无需安装软件 - 您可以从头开始构建自己的仪器，然后在几分钟内将其在实验室中运行。这确实让人们大开眼界，他们可以使用 Moku:Pro 准确构建他们所需的测量解决方案。
