Systèmes matériels à distance avec LabsLand Prism4

Qu'est-ce qu'un laboratoire à distance ?

Dans le contexte de l'éducation et de la formation, les laboratoires à distance, ou systèmes matériels à distance, sont des systèmes matériels et logiciels qui permettent aux étudiants d'accéder à des équipements réels situés ailleurs sur Internet. Les laboratoires à distance peuvent également être appelés laboratoires distants, laboratoires accessibles à distance ou weblabs, entre autres. Les étudiants ou apprentis accèdent aux équipements en utilisant typiquement un simple navigateur Web, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, depuis n'importe où dans le monde.

Un exemple de laboratoire à distance est un laboratoire FPGA à distance, où les étudiants peuvent contrôler un véritable FPGA (dans ce cas, un DE1-SoC avec un FPGA Altera). Ils peuvent écrire du code HDL, le synthétiser en ligne et envoyer la conception à l'un des laboratoires distants FPGA disponibles dans le réseau LabsLand. Les étudiants peuvent ensuite interagir avec le FPGA en temps réel tout en observant la carte et les résultats de leur expérience via un flux vidéo en direct :

(Source de l'image : Pablo Orduña)

Le FPGA est réel et les étudiants peuvent interagir avec lui en temps réel à l'aide d'un navigateur Web.

L'histoire des laboratoires à distance

Il existe de nombreux systèmes de ce type documentés depuis le milieu des années 90, ainsi que diverses initiatives impliquant des laboratoires à distance d'ingénierie, de chimie, de physique, de robotique, de biologie et autres. Depuis, des solutions logicielles open-source, comme LabDiscoveryEngine/WebLab-Deusto, iLab, Labshare ou RexLab, ont été conçues pour développer les logiciels des laboratoires à distance à partir de ces solutions.

En ce qui concerne le matériel, toutefois, la plupart des laboratoires à distance ont été conçus à partir de zéro. Cela a donné lieu à des solutions qui ne sont ni durables, ni évolutives, mais qui prennent du temps et coûtent cher, ce qui empêche les universités de créer leurs propres laboratoires.

Présentation de Prism4

La solution LabsLand Prism4 est un nouveau produit conçu par LabsLand et DigiKey. Il s'agit d'un produit matériel et logiciel modulaire qui sert d'échafaudage pour la création et le déploiement de laboratoires à distance. Sa structure modulaire inclut des caméras, des systèmes d'éclairage, un système modulaire de gestion de l'alimentation, un système de diffusion de la lumière et des barrières immatérielles de sécurité. Ensemble, ces composants offrent un environnement hautement personnalisable dans lequel des laboratoires à distance peuvent être installés. Par exemple, la photo ci-dessous représente un système LabsLand Prism4 vide, sans les barrières immatérielles de sécurité avant et arrière :

(Source de l'image : Pablo Orduña)

Le Prism4 peut être utilisé de manière indépendante, offrant aux chercheurs une toile vierge pour créer leur propre laboratoire à distance, ou en partenariat avec LabsLand pour créer une solution personnalisée. Le LabsLand Prism4 peut également être fourni avec des systèmes matériels Prism4 existants. Par exemple, dans le cas de l'exemple ci-dessus avec le système DE1-SoC, le système matériel Prism4 contient deux plaques WorkBench de Phase Dock comme celle-ci (sans les FPGA) et avec l'oscilloscope, le support VGA pour 4 FPGA, le support audio, ainsi que d'autres fonctionnalités :

(Source de l'image : Pablo Orduña)

L'installation du système matériel Prism4 dans un Prism4 est très simple : il suffit de brancher 4 câbles de la plaque WorkBench au Prism4 et, après l'enregistrement du logiciel, le laboratoire à distance est prêt à être utilisé.

La photo ci-dessous montre un Prism4 complet avec 4 DE1-SoC lors de la conférence ECEDHA 2024.

(Source de l'image : Pablo Orduña)

Pour les professeurs ou les formateurs intéressés par l'utilisation de laboratoires à distance

Option 1 : acheter des licences.

Les professeurs et les formateurs qui souhaitent accéder immédiatement à des laboratoires à distance et les utiliser peuvent facilement le faire en achetant des licences auprès de DigiKey. Les licences incluent l'accès à différents laboratoires du réseau LabsLand, comme les FPGA DE1-SoC, les cartes STM32 ou le robot et la carte Arduino, ou encore l'électronique. Aucun matériel n'est nécessaire et l'accès peut également être acheté pour les étudiants. LabsLand crée alors un espace institutionnel pour l'organisation permettant aux étudiants d'accéder au programme.

Option 2 : acheter son propre Prism4.

Les professeurs peuvent aussi acheter les structures Prism4 et les installer dans leurs locaux. Cette option offre plusieurs avantages par rapport à l'achat de licences uniquement :

• Les étudiants auront un accès prioritaire à leurs propres équipements et auront aussi accès aux mêmes équipements dans le reste du réseau LabsLand.
• Les étudiants verront le logo de leur université.
• Les étudiants pourront personnaliser les laboratoires.

Les deux options incluent une large gamme de périphériques pour les laboratoires, ainsi que des intégrations avec des systèmes de gestion de l'apprentissage comme Canvas, Blackboard ou Moodle, des outils d'analyse, et bien plus encore.

(Source de l'image : Pablo Orduña)

Pour les chercheurs intéressés par la création de laboratoires à distance personnalisés

Les chercheurs qui souhaitent créer leurs propres laboratoires à distance peuvent acheter un Prism4 vide et concevoir différents types de laboratoires à distance, en utilisant les plaques WorkBench de Phase Dock. Par exemple, le Remote Hub Lab de l'Université de Washington a développé un laboratoire à distance de radio logicielle en utilisant à la fois et ADALM Pluto. L'équipe a utilisé cinq structures LabsLand Prism4, chacune avec quatre plaques WorkBench Phase Dock.

Sur le site Web de documentation du projet, vous trouverez des vidéos illustrant la façon dont le RHLab a conçu les pièces 3D hébergeant les dispositifs SDR et les a installées dans le Prism4. De la même manière, d'autres universités peuvent utiliser le Prism4 pour créer leurs propres laboratoires à distance.