Remote Labs
TU/e, ELECTRICAL ENGINEERING
Online platform voor lab-experimenten
Over de Control Systems Group
De Control Systems Group van Electrical Engineering beheert verschillende proefopstellingen in een lab op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Met deze setups kunnen studenten de theorie toepassen op echte systemen. De Control Systems Group nam het initiatief voor Remote Labs.
De opdracht
Door het snel groeiende aantal studenten en de beperkte ruimte in het lab was het onmogelijk om iedereen fysiek in het lab experimenten te laten uitvoeren. Aan Wolfpack is in 2019 gevraagd om een oplossing te ontwikkelen waarmee studenten op afstand kunnen inloggen, experimenten kunnen inplannen en op de setups kunnen uitvoeren. Remote Labs wordt inmiddels elk jaar door honderden studenten gebruikt, waardoor er veel minder setups nodig zijn. Bovendien heeft het platform er tijdens de corona lockdowns voor gezorgd dat de vakken gewoon door konden gaan.
Diensten
- Sprint 0
- Concepting
- Ontwerp & Design
- Realisatie
Sprint 0
In een traject van minder dan twee maanden hebben we de wensen en eisen van de TU/e uitgewerkt naar een uitgebreide lijst van requirements en een vertaling naar de technische implementatie. Omdat de proefopstellingen (setups) waar Remote Labs mee verbindt in beheer zijn van de TU/e is er nauw samengewerkt om dit goed op elkaar af te stemmen. De protocollen die in 2019 zijn uitgewerkt worden nog steeds dagelijks gebruikt voor de werking van Remote Labs.
Ontwerpen
Om een concept uit te werken zijn er eerst schetsen gemaakt van een applicatie aan de hand van de requirements. Deze wireframes zijn vervolgens uitgewerkt in een volledig grafisch ontwerp. Belangrijk was dat studenten een gebruiksvriendelijk overzicht krijgen van de vakken, setups en labs waartoe ze toegang hebben. Om een setup te boeken voor het uitvoeren van een experiment is een kalender weergave bedacht, zodat per week heel snel ingezien kan worden wanneer er een blok vrij is. Voor de live interactie tijdens het experiment is een weergave met grafieken gemaakt waarmee de actuatoren en sensoren live worden weergegeven. Via een webcam kan live gekeken worden wat er precies gebeurt met de setup.
Techniek
Remote Labs bestaat uit verschillende onderdelen die het platform samen tot een flexibel en toekomstbestendig product maken. De back-end is met Java Spring opgezet, waarbij een deel van de functionaliteiten in een losse lab applicatie is ondergebracht. Voor elk lab wordt een nieuwe entiteit geconfigureerd zodat per lab de koppelingen met de setups en planning los zijn ondergebracht. De master server is het centrale punt, vanuit waar ook de Vue.js front-end beschikbaar wordt gesteld. Deze is geoptimaliseerd voor alle moderne browsers en is gekoppeld met SURFConext, zodat studenten makkelijk en vertrouwd kunnen inloggen met hun TU/e account.
Live interactie
De live interactie geeft snel en makkelijk inzicht in het verloop van het experiment. Door de waardes van actuatoren aan te passen kan er bijgestuurd worden. De live webcam zorgt voor een visuele terugkoppeling van de setup voor beter begrip van de situatie.
Inplannen experiment
Met de kalender weergave kunnen studenten zien wanneer de setup nog beschikbaar is en meteen een live experiment inplannen. Door limieten op de het aantal experimenten dat een student mag inplannen, worden de setups optimaal gebruikt door grote groepen studenten.
Live camera feed
De webcam feed is geïmplementeerd met het WebRTC protocol en een stuk maatwerk code in het lab. De uitdaging was om minimale vertraging op de beelden te realiseren, aangezien een seconde al veel is in de context van een live experiment. Dit in tegenstelling tot veel andere livestreams zoals sportwedstrijden, waar 10 tot 60 seconden acceptabel is.
Automatisch uitvoeren experimenten
Een ander onderdeel van Remote Labs is het automatisch uitvoeren van experimenten zonder live interactie. De student upload de benodigde input, en het experiment wordt automatisch uitgevoerd op het moment dat de de setup niet in gebruik is. Achteraf zijn de resultaten beschikbaar voor de student om te downloaden. Met een queueing algoritme is gezorgd dat deze experimenten tussen de geboekte live experimenten door uitgevoerd kunnen worden. In het algoritme wordt rekening gehouden met de lengte van een experiment en hoeveel tijd er beschikbaar is.
Resultaat
Remote Labs draait inmiddels al enkele jaren en biedt veel meer studenten toegang tot de opstellingen dan enkel fysieke bezoeken aan het lab zou kunnen bewerkstelligen. Door continue optimalisaties en verbeteringen door te voeren blijven we voldoen aan de hoge eisen van de TU/e en haar studenten. Inmiddels worden ook andere onderwijsinstellingen en diens labs aangesloten en in de toekomst wordt het zelfs mogelijk dat de proefopstellingen gedeeld worden tussen studenten van verschillende onderwijsinstellingen.
