Удалённая лаборатория

Удалённая лаборатория (дистанционная лаборатория) — способ организации учебной или научно-исследовательской лаборатории, предполагающий удалённый (дистанционный, сетевой) доступ широкому кругу людей (школьникам, студентам, аспирантам, инженерам, учёным и др.) к различному лабораторному оборудованию (например, к цифровым осциллографам).

Предпосылки возникновения

Стоимость современного лабораторного оборудования очень высока, поэтому не каждый вуз может позволить себе его покупку, что усложняет модернизацию существующих лабораторий. Ещё одной проблемой, с которой сталкивается вуз при модернизации лабораторий является предъявление к студентам очень высоких требований для допуска к лабораторному оборудованию. Эти требования призваны снизить вероятность несчастных случаев или поломок оборудования. Одним из способов решения данной проблемы является создание учебных или научно-исследовательских лабораторий с дистанционным доступом.

В настоящий момент в мире активно ведутся исследования и разработки в области автоматизации учебных и научных экспериментов. При этом наиболее актуальным направлением является организация удалённых экспериментов с применением «облачных» технологий. Одной из проблем при реализации систем удалённых лабораторий является доведение их «качества» до традиционных (локальных) лабораторий.

Преимущества

По сравнению с традиционными лабораториями, удалённые лаборатории обладают следующими важнейшими преимуществами:

• низкая стоимость;
• возможность совместной (коллективной) работы;
• возможность предоставления доступа к экспериментальным данным широкому кругу людей;
• возможность резервирования данных в облачных хранилищах;
• доступность из любой точки планеты.

Состав

В состав удалённых лабораторий могут входить следующие элементы:

1. Программное обеспечение, которое может моделировать процессы, происходящие на управляемом объекте (на основе получаемых данных) и выдавать управляющие воздействия оператору или напрямую на лабораторную установку.
2. Персональный компьютер (ПК) или карманный ПК — головное устройство системы, которое принимает решения и выдает управляющие сигналы. За ПК может находиться как студент, выполняющий лабораторную работу, так и оператор нефтяной вышки, отвечающий на стабильность системы. Так же, в дальнейшем, человек может быть заменен на искусственный интеллект, который сможет управлять сотней лабораторных установок, размещенных в разных частях мира.
3. Блок обработки, сжатия и передачи информации — в зависимости от сложности управляемого объекта может иметь исполнение, как в отдельном блоке, так и в одном корпусе с лабораторной установкой. Данный блок предназначен для: обработки полученных данных, и при необходимости выработки управляющего воздействия; включения оповестительных сигналов; шифрования данных; сжатия и передачи данных, так как во многих случаях Интернет-трафик стоит денег, если речь идет о дальнем севере; передачи информации конечному пользователю или серверу.
4. Лабораторная установка. Представляет собой мощную плату контроллера, и имеющая на своем борту достаточно точные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, умеющая управлять почти всеми типами приводов и считывать данные почти со всех датчиков. Плата контроллера может представлять собой «бутербродную», легко расширяемую, технологию добавления нового функционала.
5. Измеряемо — управляемый объект — может представлять собой: лабораторную работу, которую можно выполнить дистанционно; почти любой агрегат, который имеет множество входящих и выходящих сигналов; полностью технологический процесс.

Существующие разработки

Примерами систем удалённых лабораторий являются:

• AIM-Lab (Automated Internet Measurement Laboratory);
• Lab-on-Web (Норвегия);
• Дистанционная лаборатория национального университета (Сингапур);
• ACEL (Automatic Control Engineering Laboratory) (Сербия);
• uCV-Lab, лаборатория гидродинамики и теплообмена, дистанционные лабораторные практикумы по курсу оптики и физики атомного ядра, Интерактивная Диалоговая Удаленная Система (ИНДУС) (Россия);
• Система дистанционных реально-виртуальных лабораторий (Россия).

См. также

• Лабораторное оборудование
• Научное исследование
• Научное оборудование
• Лаборатория

Литература

1. Fjeldly T.A., Shur M.S., Shen H., Ytterdal T. AIM-Lab: A System for Remote Characterization of Electronic Devices over the Internet // Proc 3rd IEEE Int. Caracos Conf. On Devices, Circuits and Systems (ICCDCS-2000), Cancun. — Mexico, IEEE Catalog. No. 00TH 8474C. — P. 143—146.
2. Fjeldly T.A., Stradman O.J., Berntzen R. Lab-On-Web A Comprehensive Electronic Device Laboratory On A Chip Accessible Via Internet // International Conference on Engineering Education. — August 18-21, 2002, Manchester, U.K.
3. Дмитриев В. М. Дистанционная лаборатория по курсу «Электротехника и электроника» / В. М. Дмитриев, Т. В. Ганджа, С. А. Панов, С. В. Салтыков // Научная сессия ТУСУР-2016: материалы Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск. 25-27 мая 2016 г. Томск: В-Спектр. 2016: в 6 частях. Ч. 3. С. 97-99.
4. Панов С. А. Структура и организация дистанционных виртуальных лабораторий / С. А. Панов, И. В. Дмитриев // Научная сессия ТУСУР-2016: материалы Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 25-27 мая 2016 г. — Томск: В-Спектр, 2016: в 6 частях. — Ч. 3. — С. 120—123.

Ссылки

• Статья «Дистанционные автоматизированные учебные лаборатории и технологии дистанционного учебного эксперимента в техническом вузе» на сайте «КиберЛенинка»
• Статья «Lab on the Web : Running Real Electronics Experiments via the Internet» на сайте «ResearchGate»
• Статья «Automated internet measurement laboratory (AIM-Lab) for engineering education» на сайте «Academia.edu»

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!