Sistemas de hardware remoto con el Prism4 de LabsLand

¿Qué son los laboratorios remotos?

En el contexto de la educación y la capacitación, los laboratorios remotos, o sistemas de hardware remotos, son sistemas de hardware y software que permiten a los estudiantes acceder a equipos reales ubicados en otro lugar en Internet. A los laboratorios remotos también se los conoce como laboratorios de acceso remoto o laboratorios web, entre otros términos. Los estudiantes o aprendices acceden al equipo, normalmente usando solo un navegador web, las 24 horas del día, los 7 días de la semana, y desde cualquier lugar del mundo.

Un ejemplo de laboratorio remoto es un laboratorio remoto de un arreglo programable de puertas en campo (FPGA), donde los estudiantes pueden controlar un FPGA real (en este caso, un DE1-SoC con un FPGA Altera). Pueden escribir código HDL, sintetizarlo en línea y enviar el diseño a uno de los laboratorios remotos de FPGA disponibles en la red LabsLand. Luego, los estudiantes pueden interactuar con el FPGA en tiempo real mientras observan la placa y el resultado de su experimento mediante una transmisión de video en vivo;

(Fuente de la imagen: Pablo Orduña)

El FPGA es real y los estudiantes pueden interactuar con este en tiempo real usando un navegador web.

Antecedentes de laboratorios remotos

Desde mediados de los 90, se han publicado muchos sistemas de este tipo, así como diversas iniciativas de laboratorios remotos de Ingeniería, Química, Física, Robótica, Biología y otros campos. Desde entonces, se han diseñado soluciones de software de código abierto, como LabDiscoveryEngine/WebLab-Deusto, iLab, Labshare o RexLab para construir el software de los laboratorios remotos además de ellos.

Sin embargo, por el lado del hardware, la mayoría de los laboratorios remotos se han construido desde cero. Eso dio como resultado soluciones que no son sostenibles ni escalables, pero sí consumen mucho tiempo y son costosas, lo que impide que las universidades creen sus propios laboratorios.

¿Qué es Prism4?

El Prism4 de LabsLand es un nuevo producto de LabsLand y DigiKey. Es un producto modular de hardware y software que sirve de andamiaje que permite la creación y la implementación de laboratorios remotos y tiene una estructura modular que viene con cámaras, sistemas de luz, un sistema modular de gestión de energía, un sistema de difusión de luz y cortinas de luces. Juntos, estos componentes ofrecen un entorno altamente personalizable, donde los laboratorios remotos pueden instalarse. Por ejemplo, a continuación hay una foto de un Prism4 de LabsLand vacío sin las cortinas de luces delantera y trasera.

(Fuente de la imagen: Pablo Orduña)

El Prism4 puede usarse de manera independiente, por lo que ofrece a los investigadores un lienzo en blanco para crear su propio laboratorio remoto o asociarse con LabsLand para crear una solución personalizada. El Prism4 de LabsLand también puede ofrecerse con sistemas de hardware Prism4 existentes. Por ejemplo, en el caso del ejemplo del DE1-SoC mencionado anteriormente, el sistema de hardware Prism4 viene con dos placas de banco de trabajo Phase Dock como esta (sin los FPGA) y con el osciloscopio, compatibilidad de VGA para 4 FPGA, compatibilidad de audio y más funciones:

(Fuente de la imagen: Pablo Orduña)

Instalar el sistema de hardware Prism4 en un Prism4 es muy simple: conecte 4 cables desde la placa del banco de trabajo al Prism4 y, una vez completado el registro del software, el laboratorio remoto estará listo para usar.

La siguiente foto muestra un Prism4 completo con 4 DE1-SoC en la conferencia ECEDHA 2024:

(Fuente de la imagen: Pablo Orduña)

Para los instructores o entrenadores interesados en usar laboratorios remotos

Opción 1: comprar licencias.

Los instructores y entrenadores que quieran acceder a los laboratorios remotos y usarlos inmediatamente pueden hacerlo con facilidad comprando licencias a DigiKey. Las licencias incluyen acceso a varios laboratorios de la red LabsLand, como FPGA de DE1-SoC, placas STM32o robot y placa Arduino, o Electronics. No se requiere ningún hardware y también puede comprar el acceso para los estudiantes. LabsLand crearía un espacio institucional para la organización a través del cual los estudiantes accederían al programa.

Opción 2: comprar su propio Prism4.

De forma opcional, los instructores pueden comprar las estructuras de Prism4 e instalarlas en sus centros. Esta opción tiene varias ventajas con respecto a la compra exclusiva de licencias:

• Los estudiantes tendrán acceso prioritario a sus propios equipos y, además, acceso a los mismos equipos en el resto de la red LabsLand.
• Los estudiantes verán el logo de su universidad
• y podrán personalizar los laboratorios.

Ambas opciones incluyen una amplia gama de periféricos para los laboratorios, así como integraciones con los sistemas de gestión de aprendizaje como Canvas, Blackboard o Moodle, análisis y mucho más.

(Fuente de la imagen: Pablo Orduña)

Para los investigadores interesados en crear laboratorios remotos personalizados

Los investigadores que quieran crear sus propios laboratorios remotos pueden comprar un Prism4 vacío y crear diferentes tipos de laboratorios remotos, usando las placas del banco de trabajo Phase Dock. Por ejemplo, el laboratorio Remote Hub Lab de la Universidad de Washington desarrolló un laboratorio remoto de radio definida por software usando y ADALM Pluto. El equipo usó cinco estructuras de LabsLand Prism4, cada una con cuatro placas de banco de trabajo Phase Dock.

En el sitio web de documentación del proyecto, puede encontrar videos sobre cómo el RHLab diseñó las piezas en 3D que alojan los dispositivos SDR y las instaló en el Prism4. Del mismo modo, otras universidades pueden usar Prism4 para crear sus propios laboratorios remotos diferentes.