TeslatronPT Plus で研究ワークフローを変革：「研究とは、ソフトウェアと格闘することではなく、限界に挑戦すること」

著者

サビール・エド＝デイアブ

Oxford Instruments NanoScience サービスおよびソフトウェア製品マネージャー

アンソニー・マシューズ

Oxford Instruments NanoScience 測定およびアプリケーション技術マネージャー

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前回のブログでは、オープンアーキテクチャの低温測定システム「TeslatronPT Plus」の設計原理についてご紹介しました。今回は、Oxford Instruments NanoScience のサービスおよびソフトウェア製品マネージャー、Sabir Ed-Dayab 氏、測定およびアプリケーション技術マネージャー、Anthony Matthews 氏に、TeslatronPT Plus が研究者の測定ワークフローとソフトウェアの課題にどのように対応しているかを伺いました。

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現代の低温測定において研究者が直面する一般的な問題は何ですか？

低温研究の世界では、時間は極めて貴重です。データの不一致を管理したり、統合問題のトラブルシューティングに費やす時間は、真に重要なこと——本分である革新的な研究の実施と発表——から奪われる時間です。

多くの研究者は、独立したツールで構成される複雑なソフトウェアスタックの管理に不満を抱えています。温度および磁場の制御に 1 つのシステム、スクリプト作成に別のシステム、データ管理にさらに別のシステムを使用することは、珍しいことではありません。

自動化不足と明確なデータ構造の欠如は、時間のかかる統合課題、データ不一致、さらには貴重な研究データが紛失または誤って保存されるリスクを引き起こします。

当社のクロスプラットフォームoi.DECS制御ソフトウェアおよび測定拡張機能を実行することで、TeslatronPT Plus は、こうした実験室での実用的な課題に対応しています。

TeslatronPT Plus の oi.DECS ソフトウェアの背景について教えてください。

oi.DECSは、Oxford Instruments の統合クロスプラットフォームソフトウェアです。2018 年に新しいソフトウェアプラットフォームの開発を開始したとき、その目標は単純でした。それは、Proteoxの次世代希釈冷凍機をサポートする、より優れたソフトウェアを開発することでした。

当社のチームの学術研究の経験と、パートナー、顧客、研究コミュニティからのフィードバックから、課題は機器の制御だけにとどまらないことを理解しました。ユーザーは、極低温制御の性能に優れ、測定ワークフロー全体をサポートするソフトウェアを必要としています。

そのため、当社は、Proteox希釈冷凍機はもちろんのこと、最近発売したオープンアーキテクチャの低温測定システム「TeslatronPT Plus」にも、oi.DECSを標準機能として統合しています。TeslatronPT Plusのお客様には、実験ワークフローのあらゆる段階をサポートする統合プラットフォームを提供しています。

• 温度と磁場の直感的な制御による環境設定
• 柔軟なスクリプト作成と自動化機能を備えた実験設計
• 安全な構造化されたストレージを使用したデータ管理により、実験結果を保護します。

従来のシステムと比較して、oi.DECS は以下の利点があります。

• 統合制御 vs. バラバラなツール
• SQLベースの構造化データ vs. 分散ファイルシステム
• Jupyterによる柔軟なスクリプト作成 vs. 固定された独自のワークフロー
• 真のリモートアクセス vs .限定的なリモートデスクトップ

TeslatronPT Plus ユーザーにとっての主なメリットは何ですか？

TeslatronPTPlus は、ハードウェアとソフトウェアの両方でオープンアーキテクチャアプローチを採用しているため、今日の低温研究に独自のメリットをもたらします。

1.アーキテクチャ：まず第一に、oi.DECS は、オープンアーキテクチャ上に構築されたベンダーニュートラルなソフトウェアです。コンピュータの種類や測定器など、特定のハードウェアベンダーに縛られる従来のシステムとは異なり、oi.DECSは特定のハードウェアベンダーに依存することなく、研究に最適な機器を自由に選択することができます。oi.DECSはどのようなブラウザーインターフェースでも動作するため、OSやブラウザーに全く依存しません。次に、oi.DECS は標準の QCoDeS ドライバーとのインターフェイスを持ち、ユーザーによる選択と、さらなる測定器の容易な統合を可能にします。

2.リモートアクセス：基本的なリモートデスクトップソリューションとは異なり、TeslatronPT Plus は、極低温および磁気システム用のセッション管理ツールを備えた、ネットワークベースの認証付きリモートユーザーアクセスを提供します。自宅から作業している場合でも、海外のパートナーと共同作業を行っている場合でも、あるいは単にオフィスから実験を監視している場合でも、デバイスに関係なく、どこからでもシステムを完全に制御することができます。oi.DECS の高度なセッション管理ツールにより、複数のユーザーが干渉することなくシステムの操作を共有することができます。

3.すべてのユーザーに柔軟な制御：oi.DECS は、さまざまなユーザーエクスペリエンスレベルに対応しています。技術者は、ニーズに応じた簡略化されたコントロールにアクセスでき、経験豊富な研究者は API を通じてシステムの全設定と制御を維持できます。

4.インテリジェント自動化：冷却時間、ウォームアップ、サンプル交換などのルーティンワークフローを自動化することで、実験間の整合性を確保できます。これにより、時間短縮と新規ユーザーの参入障壁の低減を実現するだけでなく、信頼性の高いデータを得るために不可欠な再現可能な実験条件を保証します。

5. 研究室の継続性：博士課程の学生やポスドク研究者が交代で研究プロジェクトに携わる学術環境では、一貫性を維持することは困難です。oi.DECS を使用すると、この知識はプラットフォーム内に保存されます。新しいチームメンバーは、解決策をゼロから作り直す必要がなく、既存の成果を基盤として研究を進めることができるため、研究スケジュールが大幅に短縮されます。

6. 信頼できるデータ：最後に、そしておそらく最も重要なことは、oi.DECSは、豊富なメタデータとともに、データを専用の SQL データベースに構造化して保存する点です。これにより、必要に応じてデータの検索やフィルタリングが容易になるだけでなく、データの自動分析が可能になり、共同研究者に共有アクセス機能を提供することができます。

電気輸送測定を最速で開始するために、TeslatronPT Plus は、QCoDeS ドライバーを活用した、すでに統合済みの Lake Shore M81 および M91 機器とともに選択することができます。

オックスフォード大学の博士課程学生である Ioana Paulescu 氏は、この新しいTeslatronPT Plus を試用する機会があり、次のように述べています。「TeslatronPT Plus のオープンな Python ベースのプログラムが素晴らしい点は、科学者は輸送測定をカスタマイズすることができます。というのも、すべての研究ニーズを完全に満たす機器は存在せず、また、すべての研究室固有のソフトウェア環境とシームレスに統合できる機器も存在しないためです。TeslatronPT Plus のようなシステムは、特に Lake Shore モジュールと組み合わせることで、既存のインフラストラクチャに自然に統合することができます。」

当社の「オープンアーキテクチャ」と「シングルプラットフォーム」のアプローチは、ユーザーにとって具体的にどのようなメリットをもたらすのでしょうか？

研究者が最先端の科学研究を行うために必要なすべてにアクセスできる統合プラットフォームを提供、維持することで、ソフトウェアの開発および統合に費やす時間を削減しています。私たちは、お客様がシステム全体を完全に制御し、IT のメンテナンスではなく科学に専念できるべきだと考えています。

ツールの選択も、ソフトウェアの開発や統合に費やす時間を削減し、お客様のソフトウェアコストを削減するもうひとつの例です。科学界が選択したソフトウェアを統合できるのに、なぜ一から構築する必要があるのでしょうか？当社は、Python プログラミングと QCoDeS 統合により業界標準を積極的にサポートし、強力なデータ視覚化のための Grafana や、柔軟なスクリプト作成、データ分析、プレゼンテーションのための Jupyter Notebook など、広く使用されているオープンソースツールとの直接統合を提供しています。

Lake Shore M81 および M91 機器による Python プリスクリプトの電気輸送測定など、お客様が必要とするすべてのソフトウェアツールを提供するとともに、QCoDeS を通じてお客様が選択したサードパーティのシステムを統合し、広範なメタデータを含むシステムおよび実験データを完全に管理できるようにすることで、オープンアーキテクチャへの取り組みを維持しています。

研究とは、ソフトウェアと格闘することではなく、限界に挑戦することです。oi.DECS は、最先端の TeslatronPT Plus 測定システムの一部として、発見を遅らせる技術的な摩擦を取り除き、お客様が自分の得意分野である画期的な科学に専念できるようにします。