LabsLand Prism4によるリモートハードウェアシステム

リモートラボとは何でしょうか？

リモートラボ、またはリモートハードウェアシステムは、教育やトレーニングの観点から、学生がインターネット上の別の場所にある実際の機器にアクセスできるようにするハードウェアおよびソフトウェアシステムです。リモートラボは、リモートラボ、リモートアクセスラボ、ウェブラボなどとも呼ばれます。学生や研修生は、通常ウェブブラウザだけを使って、24時間365日、世界中のどこからでも機器にアクセスできます。

リモートラボの一例としてFPGAリモートラボがあり、学生は実際のFPGA（この場合はAltera FPGAを搭載したDE1-SoC）を制御することができます。彼らはHDLコードを書き、オンラインで合成し、LabsLandネットワーク内の利用可能なFPGAリモートラボの1つにデザインを送信することができます。その後、学生はライブビデオストリームでボードと実験の出力を観察しながら、リアルタイムでFPGAとやりとりをすることができます。

（画像提供：Pablo Orduña）

FPGAは本物で、学生はウェブブラウザを使ってリアルタイムで操作できます。

リモートラボの歴史

このようなシステムは、90年代半ばから文献に数多く見られ、工学、化学、物理学、ロボット工学、生物学、その他の研究室の遠隔操作に関わるさまざまな取り組みが行われてきました。それ以来、LabDiscoveryEngine/WebLab-Deusto、iLab、Labshare、またはRexLabのようなオープンソースのソフトウェアソリューションが、それらの上にリモートラボのソフトウェアを構築するために設計されています。

しかし、ハードウェア面では、ほとんどのリモートラボがゼロから作られています。その結果、ソリューションは持続可能でなく、拡張性もなく、依然として時間と費用がかかり、そのため大学が独自のラボを設置することができませんでした。

Prism4について

LabsLand Prism4は、LabsLandとDigiKeyによる新製品です。これは、リモートラボの作成と展開を可能にする足場となるモジュール式のハードウェアおよびソフトウェア製品で、カメラ、照明システム、モジュール式電源管理システム、光拡散システム、ライトカーテンが付属するモジュール構造になっています。これらのコンポーネントを組み合わせることで、リモートラボを設置できる高度にカスタマイズ可能な環境が提供されます。たとえば、下の写真は、フロントとバックライトのカーテンを外した状態のLabsLand Prism4です。

（画像提供：Pablo Orduña）

Prism4は単独で使用することができ、研究者は独自のリモートラボを構築するためのクリーンなキャンバスを得ることができます。LabsLand Prism4は、既存のPrism4ハードウェアシステムと組み合わせることも可能です。たとえば、上記のDE1-SoCの例の場合、Prism4ハードウェアシステムには、このような2つのPhase Dockワークベンチプレート（FPGAなし）と、オシロスコープ、4 FPGA用のVGAサポート、オーディオサポート、その他の機能が付属しています。

（画像提供：Pablo Orduña）

Prism4ハードウェアシステムのPrism4への設置は非常に簡単で、ワークベンチプレートからPrism4へ4本のケーブルを接続し、ソフトウェアの登録が完了すれば、リモートラボを使用できるようになります。

下の写真は、ECEDHA 2024カンファレンスで4台のDE1-SoCを搭載したフルPrism4です。

（画像提供：Pablo Orduña）

リモートラボの利用に関心のあるインストラクタやトレーナの方へ

オプション1：ライセンスの購入。

リモートラボにすぐにアクセスして利用したい指導者やトレーナーは、DigiKeyからライセンスを購入することで簡単に利用できます。ライセンスには、DE1-SoC FPGA、STM32ボード、Arduinoロボットボード、エレクトロニクスなど、LabsLandネットワーク内のさまざまなラボへのアクセスが含まれます。ハードウェアは不要で、学生もアクセス権を購入できます。LabsLandは、学生たちがプログラムにアクセスするための組織的なスペースを作ることになります。

オプション2：自分たちでのPrism4の購入。

あるいは、インストラクタがPrism4を購入し、施設に設置することもできます。このオプションには、ライセンスのみを購入する場合に比べ、次のようないくつかの利点があります。

• 学生は、自分の機材に優先的にアクセスでき、さらにLabsLandの他のネットワークにある同じ機材にもアクセスでき、
• 学生には大学のロゴが表示され、
• そして、ラボをカスタマイズすることもできます。

どちらのオプションにも、ラボ用の幅広い周辺機器や、Canvas、Blackboard、Moodleなどの学習管理システムとの統合、分析などが含まれています。

（画像提供：Pablo Orduña）

カスタムリモートラボの作成に関心のある研究者向け

リモートラボを作りたい研究者は、Prism4のみを購入し、Phase Dockワークベンチプレートを使って、さまざまなタイプのリモートラボを作ることができます。たとえば、ワシントン大学のリモートハブラボは、Red PitayaとADALM Plutoの両方を使用したSoftware Defined Radioリモートラボを開発しました。チームは5つのLabsLand Prism4を使用し、それぞれに4枚のPhase Dockワークベンチプレートを取り付けました。

プロジェクトドキュメントサイトでは、RHLabがどのようにSDRデバイスをホストとする3Dピースを設計し、Prism4に設置したかをビデオでご覧いただけます。同じように、他の大学もPrism4を使って、それぞれ異なるリモートラボを作ることができます。