Trayectoria profesional de James MacKinnon a la NASA

 

Judy Warner: James, ¿podrías compartir algo sobre tus antecedentes académicos y cómo aprendiste a diseñar PCBs?

 

James MacKinnon: durante mis años junior y sénior en la Universidad de Florida, tuve clases en donde se nos pedía hacer un diseño de PCB bastante simple. Básicamente, si no se aprobaban esas clases, no te graduabas. Y como era una clase de tipo de ingeniería eléctrica, querían que uno creara una PCB. Eran circuitos simples para un diseño junior. Sin embargo, para el diseño sénior, quieren que crees algo un poco más complicado. De esta manera fue como me familiaricé con el diseño de PCB y Altium Designer.

 

Judy Warner: parece que en realidad enseñaron algún tipo de fundamento de diseño de tarjetas en tu universidad. Eso es algo raro.

 

James MacKinnon: sí. Creo que "fundamentos" es una buena manera de decir.  En esa clase junior, teníamos que diseñar un circuito muy simple. Tenía un microprocesador simple, tal vez algunas líneas de E/S. En mi caso, era un controlador de motor, por lo que eran solo unas líneas PWM. Nos enseñaron cómo utilizar el programa, y cómo configurar una tarjeta simple de dos capas y hacer enrutamiento simple. Para el diseño sénior, lidiamos con cosas más complicadas como enrutamiento de alta velocidad, diseños analógicos complejos, adaptación de impedancias y cosas así. Pasaron varios periodos de lecciones repasando diferentes aspectos del diseño de tarjetas y aprendí mucho, pero no fue sino hasta que obtuve mi maestría que realmente aprendí mucho acerca de diseño de tarjetas serias y la amplia gama de herramientas dentro de Altium Designer.

Debido que Altium Designer se enseñaba a las personas a nivel de licenciatura, creo que es el motivo por el que lo utilicé en mi maestría, ya que cursé la licenciatura y la maestría en la Universidad de Florida, por lo que muchos materiales y aprendizajes continuaron. El departamento de ingeniería eléctrica tenía licencias. Por lo tanto era lo que todos usaban. Para mi programa de la maestría, trabajé en un laboratorio llamado CHREC, es el Centro de computación reconfigurable de alto rendimiento, y una parte de ese laboratorio estaba básicamente a cargo de crear una tarjeta de computadora para hacer el procesamiento de carga útil de una aplicación espacial, algo que se puede ver en un CubeSat o en un satélite pequeño.

 

Judy Warner: oh, esa es una aplicación emocionante en la que trabajar.

 

James MacKinnon: sí, lo era. El equipo en el que estaba desarrolló una tarjeta que tenía un chip Xilinx. Era un diseño bastante complejo con enrutamiento de alta velocidad, memoria DDR, pares diferenciales, adaptación de impedancias, todas cosas divertidas. Por lo tanto, fui capaz de trabajar con alguien que hizo el primer borrador de esa tarjeta y me enseñó mucho acerca de las implicaciones del software. Debido a que Altium Designer tiene tantas funciones avanzadas, a veces ayuda contar con alguien que te muestre cómo hacer diferentes cosas, en vez de aprender de la forma difícil.

 

Judy Warner: sí, absolutamente.

 

James MacKinnon: él era un alumno de doctorado, y me enseñó a utilizar prácticamente todo en Altium Designer, por lo que luego pude aplicar esas habilidades a medida que progresaba en mi programa de la maestría. Pasé de modificar los diseños de otras personas a crear mis propios diseños. Queríamos que la tarjeta de una computadora que desarrollábamos fuese más confiable, por lo que rediseñé todo el subsistema de energía con el objetivo de hacerla más resistente a la radiación. Puedes encontrarte con muchos problemas cuando trata de diseñar electrónica para el espacio. En particular, hay efectos de radiación que pueden afectar tus partes de diferentes maneras. Puedes adquirir partes que son resistentes a la radiación, y pueden ayudar a protegerlas de esos efectos, pero lo que queríamos tratar de lograr era diseñar y construir una tarjeta, que de otra forma, sería muy costosa, y mantenerla dentro del presupuesto de la universidad tratando de construir su propio satélite pequeño.

 

Judy Warner: y las piezas resistentes a la radiación son muy costosas...

 

James MacKinnon: exacto, son ridículamente costosas. Y no solo son costosas, sino que si tienes un procesador que es resistente a la radiación, este tiene un rendimiento muy bajo. Realmente no puedes procesar demasiado, por lo que tiendes a tener muchas de ellos, y están diseminados por todo el satélite y consumen mucha energía. Todo eso es una pesadilla cuando tratas de diseñar un CubeSat; algo que cabe tu mano.

Por lo tanto, queríamos diseñar una tarjeta que las personas pudieran usar en un CubeSat para que tuviera la confiabilidad de algo que compras de Lockheed-Martin por ejemplo, pero algo que tenga mayor rendimiento para hacer cosas geniales en el espacio. En nuestro caso, teníamos la situación donde tomábamos datos de una imagen de un sensor de imagen para procesar en una tarjeta, y debido a que hacíamos procesamiento en una tarjeta, pudimos enviar más productos de datos interesantes a la tierra. Porque con CubSats, su gran limitación es su radio, y solo puede enviar muchos datos a la tierra, si puedes realizar el procesamiento en la tarjeta, puedes reducir la cantidad de datos que necesitas enviar, ya sea que generes productos de datos en órbita o si realizas compresión de datos o lo que sea.

Es por esto que pensamos que esta tarjeta sería una gran incorporación a esto, especialmente a nivel universitario. Por lo tanto, en el primer corte de la tarjeta utilizamos un chip Xilinx de alto rendimiento como procesador principal que no es resistente a la radiación y está rodeado de partes resistentes a la radiación. Llamamos a esto un diseño híbrido. De esta forma, gastas dinero en partes resistentes a la radiación, que absolutamente necesitas, mientras mantienes las partes de consumo (COTS) en lugar para obtener el rendimiento. Al combinarlas en una sola tarjeta, puedes obtener una tarjeta de procesamiento de alto rendimiento real y, a la vez, obtener la confiabilidad de una tarjeta resistente a la radiación.

Así que básicamente esa fue mi tarea cuando estaba allí. Durante el primer corte de la tarjeta, algo del sistema de potencia no era tan resistente a la radiación como debía serlo, por lo que básicamente pude rediseñar la tarjeta para utilizar mejores partes de suministro de potencia. Terminamos llevando la tarjeta a los laboratorios nacionales de Brookhaven, donde tienen un colisionador de iones pesados relativista, y pudimos utilizar algo de tiempo en el laboratorio de la NASA para hacer estallar nuestra tarjeta con la radiación y probarla.

 

Judy Warner: oh, ¡qué genial!

 

James MacKinnon: fue muy genial. Así que tomamos esta tarjeta, la probamos y funcionó bastante bien. Luego de que diseñamos esa tarjeta, quisimos diseñar una tarjeta ,incluso más pequeña, por lo que diseñé una tarjeta de procesamiento del tamaño de una tarjeta de crédito que tiene capacidades muy similares a una tarjeta más grande, pero que es más pequeña y de más baja potencia, y comencé. En este punto, Altium Designer fue de gran ayuda; utilizábamos micro vías, teníamos muchas más capas, todo estaba cerca, las partes de montaje eran un gran problema, por lo que ser capaz de mirar al modelo en 3D sobre la tarjeta, mientras lo diseñaba fue de gran ayuda. Estuvimos utilizando un transmisor gigabit de alta velocidad, por lo que ser capaces de utilizar las calculadoras de impedancia incorporadas y los enrutadores de pares diferenciales era crucial.

 Hubo algunas otras tarjetas que diseñé que eran una especie de tarjetas de salida menores, tarjetas de depuración y ese tipo de cosas. Pero aquellas dos computadoras de una sola tarjeta fueron los proyectos más grandes en los que trabajé dentro de la universidad.

 

Judy: suena a una muy buena experiencia adquirida. ¿Qué surgió de aquella tarjeta?

 

James MacKinnon: la tarjeta ahora está bajo licencia de una compañía llamada Space Micro, que actualmente tiene su base en San Diego. Por lo que ellos vendieron la tarjeta que diseñamos. Poseen la primera generación de esa tarjeta. Creo que Space Micro está en proceso de patentar la versión más pequeña que construí hace más o menos un año y medio. Todavía está bajo pruebas de radiación y cosas así.

Así que creo que tendría sentido describir al laboratorio un poco más. La manera en que funciona es un centro de investigación financiado por NSF donde los socios de la industria adquieren membresías en el laboratorio. Estas membresías financiarán alumnos graduados, y lo que obtienes por el dinero de tu membresía es cualquier investigación que realiza el laboratorio; se vuelve algo que puedes utilizar en tu compañía. Por lo que Space Micro es un miembro, por ejemplo. Ellos financian proyectos particulares. Por lo que cada año hay una conferencia y mostramos en lo que trabajamos el año anterior. Y luego proponemos proyectos, luego se reúnen todos los miembros de la industria, hablan con la facultad, y eligen en qué proyectos desean trabajar con el objetivo de ayudar a la compañía o la agencia. Es algo gracioso el hecho de que pasé mucho tiempo del lado del alumno y ahora estoy en el lado de los miembros de la industria.

 

Judy Warner: ¿Esa fue la forma en que te contactaste con la NASA?

 

James MacKinnon: sí, de esa forma. Para que este personal estuviese realmente calificado para ir al espacio, tuvimos que trabajar muy de cerca con la NASA. Y la rama donde trabajo ahora se denomina Rama de Procesamiento de Datos Científicos y desarrollaron algo denominado el Space Cub. Ahora, el Space Cub es posiblemente un tamaño más grande de lo que habría querido en un CubSat. Es pequeño, es de baja potencia, pero no es algo que encaje en un CubSet. De esta manera, la NASA, siendo un miembro del laboratorio dijo, "bueno, hay un agujero en el mercado para algo que es de alto rendimiento, alta confiabilidad, pero más pequeño que lo que proporciona la rama de la NASA". Pudieron guiar al laboratorio para desarrollar esta tarjeta. La tarjeta estuvo todo el tiempo bajo desarrollo y pudimos obtener revisiones de diseños de alta calidad de los ingenieros de la NASA, y en el proceso de hacerla, entablamos una muy buena relación entre el laboratorio y la NASA, lo que me llevó a trabajar aquí hoy.

 

Judy Warner: eso es genial. Me encanta escuchar eso. Hay muchos diseñadores expertos que les preocupa no tener reemplazos para ocupar sus lugares una vez que se retiren. Tu historia es alentadora.

 

MacKinnon: sí, creo que el problema está aún más amplificado en la industria aeroespacial, ya que es relativamente pequeña. Uno tiende a conocer a todos en la industria muy rápidamente, luego de ir a unas cuantas conferencias. La NASA en particular, creo, se da cuenta de ello, y por eso es que tratan de obtener un camino hacia los alumnos con el fin de solucionar esto.

 

Judy Warner: parece que has tenido una experiencia muy rara pero maravillosa, particularmente en el programa de maestría, donde fue necesario involucrarse en talleres y en diseños complejos. Sin embargo, no todos tienen esta oportunidad, por lo que te pregunto ¿de dónde crees que provendrá la próxima generación de diseñadores? Parece que la NASA, por ejemplo, es consciente del problema, por lo que se asocia con organizaciones como CHREC.

 

James MacKinnon: creo que esa es definitivamente una forma, y he notado en el caso del laboratorio que hay compañías que obtienen buenas investigaciones fuera del laboratorio. Sin embargo, básicamente todos terminan obteniendo un trabajo con uno de estos socios de la industria. Una de las personas con las que trabajé terminó en Space Micro. Por lo tanto, utilizan esto para reclutar personas. Sin embargo, un pequeño porcentaje de personas tendrá la oportunidad de ir a un laboratorio como ese. Algo que he notado y en lo que he tratado de involucrarme aquí en Baltimore es un aumento en la electrónica amateur. A veinte o treinta minutos del lugar donde vivo, hay tres Hackerspaces. He ido a algunos unas pocas veces y siempre están diseñando pequeñas PCBs de depuración para nuestros escudos Arduino o las tarjetas adaptadoras Raspberry Pi. Conozco a alguien que construye tarjetas para ponerlas en su drone. Entonces, creo que hay un movimiento fresco de elaboración casera con los diseñadores de electrónica. Hacer que las personas participen más temprano ayuda.

Algo que podría haber ayudado es haberse involucrado más en las escuelas secundarias. Nunca trabajé con electrónica a nivel de escuela secundaria. Sería beneficioso si hubiera alguna forma de hacer que las personas accedan a Hackerspaces, o incluso, Hackerspaces con base en las escuelas secundarias, o algo donde haya un hardware para que las personas puedan interactuar y despertar su interés. Eventualmente llegarán a un punto donde necesiten algo que no tengan, y comiencen a decir "déjame intentar esto por mí mismo y sacar los productos químicos y ver qué puedo hacer", y luego diseñar geniales tarjetas pequeñas que han fabricado. Especialmente ahora que es tan sencillo conseguir tarjetas hechas. Realmente está guiando a estos amateurs por el buen camino.

 

Judy Warner: también vemos eso, James. De hecho, una de mis funciones aquí es ayudar a patrocinar equipos, universidades, e incluso, fabricantes y hackerspaces; que realizan trabajos asombrosos en estos lugares.

 

James MacKinnon: creo que esa es la forma de actuar. Quiero decir, la razón principal por la que utilizo Altium Designer es porque estaba en mi universidad. Como aprendí con Altium Designer, continué siendo más competente. Es un tiempo antes de diseñar PCBs en que te das cuenta que son tan difíciles que realmente necesitas utilizar funciones más complejas de Altium Designer. Estoy muy feliz de que aprendí con Altium Designer porque ahora que ya no puedo utilizar la licencia gratuita en la universidad, he utilizado Kicad algunas veces para proyectos en casa y no es tan bueno como Altium. [risas]

 

Judy Warner: ¡Es un lujo tener una licencia en casa de Altium Designer! ¿Cuando eras un niño, si miras hacia atrás, te veías con tendencias hacia lo técnico?

 

James MacKinnon: sí. Por suerte tuve un padre que fue muy bueno en hacerlo posible. Me enseñó como soldar cuando era muy pequeño, siempre me daba cosas por hacer y siempre estaba metido con los circuitos. Incluso hacer luces LED cuando era pequeño fue genial. Creo que eso ayudó en mi decisión sobre qué querer hacer. Siempre tuve interés en la electrónica, pero de todos modos tuve un camino extraño en la universidad. Luego de la escuela secundaria, no fui a la universidad hasta cinco años después. No sabía qué hacer con mi vida. Sabía que sería algo relacionado con lo técnico, pero en realidad trabajé en Sears durante cinco años.

 

Judy Warner: eso es muy gracioso. Conozco personas que atravesaron la misma situación, trabajaron en Sears y luego terminaron en esta industria.

 

James MacKinnon: trabajé un tiempo allí y, eventualmente, vi el escrito en la pared y pensé "necesito hacer algo con mi vida". Siempre me había relacionado con la electrónica y me había involucrado con Arduino y ese tipo de cosas. Nada muy serio, pero suficiente para arrancar. Entonces, cuando finalmente tomé la decisión de regresar a la escuela pensé, "siempre me gustó la electrónica, así que probaré con ingeniería eléctrica". Me inclinaba hacia la robótica por lo que regresé a la universidad comunitaria al principio, pero siempre había querido asistir a la Universidad de Florida. Soy de Jacksonville, por lo que siempre había querido asistir a la Universidad de Florida.

Obtuve mi título de socio y fui capaz de transferirme a la UF, y allí fue donde la oportunidad y mucha suerte se juntaron. Sucedió que me recomendaron al profesor correcto para el administrador de laboratorio de CHREC. Estoy tan contento de haber tenido la oportunidad de hacer todo aquello, y ahora estoy en la NASA.

 

Judy Warner: esa es realmente una buena historia. Ya que creciste en Florida, ¿te inspiró el espacio cuando eras un niño?

 

James MacKinnon: por supuesto que sí. Desde Jacksonville se pueden observar los lanzamientos de naves espaciales.

 

Judy Warner: ¡Vaya, estoy celosa!

 

James MacKinnon: recuerdo salir al patio y decir "oh, mira eso". Y puedes verlos porque los SRBs en las naves espaciales dejan grandes rastros detrás de ellos. Por lo que incluso si estás lejos, puedes verlos claramente. Donde se lanzan, en Kennedy, estaba a unas tres horas de viaje, pero podías verlos por la cantidad de desperdicio que sale de la parte trasera de esos cohetes.

 

Judy Warner: que gran experiencia para tener como joven con inclinación a lo técnico.

 

James MacKinnon: sí, y fue por eso que crecí deseando trabajar en la NASA. Nunca supe cómo poder trabajar en la NASA, y como que cayó del cielo. Por lo tanto estoy definitivamente agradecido por ello.

 

Judy Warner: estoy segura que una vez que estás expuesto a la oportunidad, trabajas muy duro y haces lo mejor por esas oportunidades.

 

James MacKinnon: sí, tienes razón. Creo que algo de ambas cosas, ¿no? Trabajo duro y suerte.

 

Judy Warner: James, has mencionado que actualmente estas trabajando en un CubSet de tamaño medio, y que estas diseñando tarjetas para eso. ¿Estas trabajando en esta aplicación en particular en este momento?

 

James MacKinnon: no, trabajo en muchas cosas. Como cualquier funcionario de la NASA, divides tu tiempo en varios proyectos. La rama en la que trabajo se especializa en el procesamiento de datos. Eso puede incluir muchas cosas, tales como crear las tarjetas de procesamiento para hacer el procesamiento en el primer lugar; ya sea que construyes filas de procesamiento de datos en FRGA o algo de esa naturaleza. Generalmente el trabajo de tarjeta que realizo está en paneles de revisión para otras tarjetas o estoy construyendo tarjetas de depuración, o incluso, tarjetas que cuelgan del hardware de vuelo real para facilitar la depuración. Digamos que quieres a SSH en tu máquina. Entonces necesitaras crear algún tipo de ruptura para eso, que incluye crear una tarjeta de PCB de depuración pequeña que tiene ethernet-fi, con el fin de vincularse con los conectores, con clasificación de vuelo, a los que tenemos acceso y que se pueden unir a un router.

En cuanto al diseño de hardware de vuelo, aún no he hecho nada de eso. Creo que aún no estoy a la altura para estar a cargo de un proyecto así. Por ahora, las tarjetas que diseño son principalmente tarjetas de ayuda. Pueden incluir algo de alta velocidad debido a que enrutar internet-fi y ethernet-fi puede ser difícil, especialmente un gigabit-fi. Pude utilizar mi experiencia digital de alta velocidad para hacer ese trabajo.

 

Judy Warner: ¿Cuánto tiempo hace que estas en la NASA?

 

James MacKinnon: hace más o menos un año y medio.

 

Judy Warner: eso no es demasiado tiempo, y asumo que es por eso que estas comenzando con los diseños menos rigurosos.

 

James MacKinnon: no, no es mucho tiempo, me gradué hace poco. Es por eso que la computadora de una sola tarjeta (la que modifiqué y diseñé) está muy presente en mi mente. Dos de las tarjetas que diseñé están en camino hacia la estación espacial en este momento. El año próximo hay otro vuelo planificado. Tiendes a diseñar las cosas, y luego esperar un tiempo para realmente lanzarlas.

 

Judy Warner: bueno, ¡parece que estás en camino a tener una carrera excitante! ¿Tienes algún héroe de tecnología?

 

James MacKinnon: creo que sería mi papá. Él también es ingeniero, y siempre intenté ser mejor que él. [risas] Por lo tanto, hace que me esfuerce lo más posible. Quiero decir, es un ingeniero de diseño y tengo muchas de sus habilidades, y si no fuese por él no estaría en este campo hoy en día, y posiblemente estaría todavía trabajando como vendedor de tractores de césped en Sears. [risas]

 

Judy Warner: ¿Qué tipo de ingeniero es él?

 

James MacKinnon: es un ingeniero eléctrico.

 

Judy Warner: ¿Y qué tipo de trabajo hace?

 

James MacKinnon: bueno, ha trabajado en diferentes lugares, pero en este momento trabaja donde hace automatización industrial. Diseña máquinas para automatizar la construcción de accesorios de tubería y válvulas y esas cosas para la marina, por lo que maneja maquinaria grande y trata de automatizarlas lo más posible.

 

Judy Warner: parece que ha sido un muy buen mentor y padre.

 

James MacKinnon: por supuesto que sí.

 

Judy: James, muchas gracias por tomarte tu tiempo y compartir tu camino hacia la NASA. Ha sido increíble oír tu historia.

 

James: ha sido un placer. ¡Muchas gracias!