Soutenir le matériel scientifique libre et open source pour stimuler l'innovation canadienne

Il est possible de réduire radicalement les coûts de la recherche expérimentale tout en l’améliorant en soutenant le développement de matériel libre et open source (FOSH) pour la science. En exploitant une méthodologie open source évolutive, le financement fédéral n’est dépensé qu’une seule fois pour le développement d’équipements scientifiques, puis un retour sur investissement est réalisé par la réplication numérique des appareils pour les coûts des matériaux. Cette réplication à plus grande échelle permet d’économiser entre 90 et 99 % des coûts traditionnels1, ce qui rend l’équipement scientifique beaucoup plus accessible à la fois pour la recherche et l’enseignement des STEM. Ainsi, les cycles d’innovation dans toutes les technologies peuvent être accélérés2.

Le problème : le coût élevé des équipements scientifiques propriétaires

Les scientifiques ont un accès limité aux meilleurs outils scientifiques, en grande partie en raison des prix gonflés des équipements scientifiques expérimentaux exclusifs3. Cela ralentit le rythme du développement scientifique dans tous les domaines. Même les scientifiques canadiens, qui sont relativement riches et disposent de certains des laboratoires de recherche les mieux équipés au monde, ont rarement accès à une collection complète des meilleurs outils pour faire leur travail. De plus, le coût élevé des instruments scientifiques limite l’accès à des laboratoires attrayants, tant au primaire qu’au secondaire et à l’université. Cela affaiblit le recrutement dans les domaines des sciences, de la technologie, de l’ingénierie et des mathématiques (STEM) et a conduit à une pénurie de talents en STEM au Canada12. Historiquement, la communauté scientifique devait choisir entre deux voies sous-optimales pour participer à la recherche expérimentale de pointe : 4) acheter des outils exclusifs coûteux ou 1) développer de l’équipement en grande partie à partir de zéro dans leurs propres laboratoires, ce qui entraîne une pénalité en termes d’investissement en temps et des coûts de personnel élevés.

Le coût élevé des outils scientifiques modernes et la TVH ajoutée sur les équipements scientifiques ralentissent les progrès dans tous les laboratoires du gouvernement, du monde universitaire et de l’industrie – ce qui ralentit le développement technologique et les améliorations de la productivité économique.

La solution : du matériel gratuit et open source pour la science

Une nouvelle option émerge désormais : des équipements scientifiques peu coûteux5, mais souvent très sophistiqués et personnalisés, sont développés sous forme de matériel libre et open source (FOSH), similaire aux logiciels libres et open source (FOSS).

Les logiciels libres et open source (FOSS) sont des logiciels informatiques disponibles sous forme de code source (open source) et qui peuvent être utilisés, étudiés, copiés, modifiés et redistribués sans restriction, ou avec des restrictions qui garantissent uniquement que les destinataires ultérieurs disposent des mêmes droits que ceux sous lesquels ils ont été obtenus (libres ou libres). Le développement open source a déjà démontré sa supériorité technique. Les logiciels libres dominent le développement de logiciels7 et fonctionnent sur 100 % des supercalculateurs8, 90 % des serveurs cloud (c'est-à-dire Facebook, Twitter, Wikipédia, YouTube et Amazon9), plus de 85 % des smartphones de grande taille10 et plus de 80 % des appareils de l'Internet des objets (IoT)11. Ils dominent parce qu'ils sont meilleurs et moins chers.

En vertu de droits analogues, FOSH fournit le « code » du matériel, y compris la nomenclature, les schémas, les instructions, les conceptions CAO et d’autres informations nécessaires pour recréer un artefact physique.12 De la même manière que ce que l’on observe dans le développement des logiciels libres et open source, FOSH conduit à une amélioration de l’innovation produit dans un large éventail de domaines.13 L’utilisation de ce paradigme open source, qui anime aujourd’hui largement Internet, permet désormais la création de FOSH en combinant l’impression 3D avec des microcontrôleurs open source fonctionnant sur des logiciels libres et open source. Des centaines d’outils scientifiques ont déjà été développés pour permettre un accès gratuit aux plans et cette tendance contribue au développement scientifique dans tous les domaines qu’elle touche.14 Les scientifiques conçoivent, partagent et s’appuient sur le travail des autres pour développer des outils scientifiques. Ils fabriquent ensuite numériquement ce dont ils ont besoin à partir de plans gratuits en utilisant des outils de fabrication avancés comme des fraiseuses CNC, des découpeuses laser ou des imprimantes 3D.

Cette méthode de recherche en physique optique offre non seulement la possibilité de réduire radicalement le coût de la pratique scientifique, mais aussi de former de futurs scientifiques.15 Une salle de classe universitaire entière de dispositifs d’optique physique peut être imprimée en interne pour 500 $ en utilisant une sélection de composants préconçus de la bibliothèque d’optique open source16 sur une imprimante 3D open source, remplaçant 15,000 17 $ d’équipement commercial.18 Cela permettrait d’économiser des millions de dollars si l’on s’en tenait aux seuls laboratoires de physique de base au Canada. Il existe des centaines de possibilités de ce genre. Il est donc clair qu’il existe un énorme retour sur investissement (RSI) possible pour ceux qui financent à la fois la recherche scientifique, mais aussi l’enseignement des STEM en investissant dans le développement de la recherche en physique optique pour toutes les sciences et les sciences appliquées.XNUMX

Cette capacité de mise à l'échelle dans le domaine de la recherche scientifique et technique n'est pas seulement possible dans le domaine de l'enseignement des STIM, mais constitue une opportunité encore plus intéressante dans les laboratoires de recherche de notre pays. Cette réplication à grande échelle permet d'économiser entre 90 et 99 % des coûts traditionnels du matériel expérimental (c'est-à-dire pour moins que la TVH sur le même équipement). Cette mise à l'échelle horizontale sera accomplie par le financement fédéral dépensé une seule fois pour le développement de matériel scientifique, puis un retour sur investissement immédiat sera réalisé par la réplication numérique des appareils dans tout le pays pour les coûts du matériel. De cette façon, les instruments scientifiques de qualité recherche seront beaucoup plus accessibles à tous les niveaux du système éducatif et un pourcentage plus élevé de scientifiques canadiens pourront participer à la science expérimentale. Le retour sur investissement va donc au-delà du simple financement des laboratoires eux-mêmes. Comme il est bien établi, les améliorations scientifiques mènent à des améliorations technologiques, ce qui améliorera tous les aspects de l'économie canadienne.

Politiques et mesures fédérales :

Pour y parvenir, quatre politiques visent à soutenir le développement de la FOSH au Canada :

1. Former un groupe de travail au sein de l'Académie canadienne du génie pour identifier les 100 meilleures opportunités pour réaliser des objectifs nationaux stratégiques et un retour sur investissement élevé pour la création de matériel scientifique open sourceLes dépenses actuelles les plus importantes du pays en matière d'équipement devraient être déterminées, ainsi que les dépenses futures les plus probables, à la suite d'une analyse comme celle réalisée en Finlande. 19

2. Financement fédéral (par exemple par l’intermédiaire du CRSNG) pour le développement de matériel scientifique open source identifié au point 1). Cela peut être accompli en combinant les appels de propositions traditionnels pour les subventions et les programmes universitaires. De plus, le Canada peut organiser des concours nationaux comme le Xprize ou des « primes » pour les « premiers à réaliser » des objectifs techniques spécifiques. Tous les financements actuels pour le matériel scientifique devraient être consacrés aux projets FOSH et, en raison du retour sur investissement élevé de ces projets, un financement supplémentaire devrait être envisagé.

3. Créer un catalogue national gratuit en ligne de matériel scientifique libre et open source testé, contrôlé et validé, qui abriterait la nomenclature, les conceptions numériques, les instructions d'assemblage et d'utilisation et le code source de tous les logiciels et micrologiciels. Tout comme les outils propriétaires, toutes les conceptions scientifiques FOSH doivent être examinées, testées et validées dans le cadre de l'inclusion dans la base de données. Cela éliminera en grande partie les risques techniques pour les laboratoires qui adoptent l'utilisation du matériel, tout en garantissant que les équipements scientifiques ne deviennent plus obsolètes comme le peuvent les systèmes propriétaires lorsqu'une entreprise perd du personnel clé, abandonne une gamme de produits ou cesse ses activités.

4. Afin d'inciter les entrepreneurs canadiens à augmenter la production des « vitamines » nécessaires à la fabrication de cet équipement (par exemple, microcontrôleurs, capteurs, actionneurs, etc.), tous les niveaux de gouvernement peuvent adopter des préférences en matière de politique d'achat pour l'enseignement supérieur et la santé. Des lignes directrices préférentielles en matière d’achats devraient être créées pour les équipements de FOSH, en particulier pour les ensembles d’outils validés (sur 3) pour tous les laboratoires gouvernementaux et tous les projets financés par le gouvernement. Cela favorisera également l’emploi lié au « Fabriqué au Canada », car les laboratoires échangent des fonds pour acheter des équipements internationaux en échange de main-d’œuvre canadienne pour fabriquer les outils dans le pays.

Références

1. Pearce, JM, (2020). Économies économiques pour la technologie scientifique libre et open source : une revue. HardwareX, 8, p.e00139. https://doi.org/10.1016/j.ohx.2020.e00139

2. Woelfle, M., Olliaro, P., & Todd, MH, 2011. La science ouverte est un accélérateur de recherche. Nature Chemistry, 3(10), 745-748.

3. Maia Chagas, A., 2018. Les nantis et les démunis doivent trouver une meilleure solution : le cas du matériel scientifique ouvert. PLoS Biology, 16(9), p.e3000014.

4. Mahboubi, Parisa. Le fossé des connaissances : le Canada fait face à une pénurie de compétences numériques et STEM. Institut CD Howe, 2022. https://www.cdhowe.org/sites/default/files/2022-08/Commentary_626_0.pdf

5. Fisher, D. et Gould, P. 2012. Le matériel open source est une alternative à faible coût pour l'instrumentation scientifique et la recherche, Modern Instrumentation, 1(2), 8-20.

6. Pearce, JM, 2012. Construire des équipements de recherche avec du matériel libre et open source. Science 337(6100), 1303–1304.

7. https://opensource.com/business/16/5/2016-future-open-source-survey

8. https://www.zdnet.com/article/supercomputers-all-linux-all-the-time/

9. https://medium.com/@Chinacolt/linux-in-the-cloud-powering-modern-infrastructure-8cab137ceb14

10. https://linuxblog.io/85-of-all-smartphones-are-powered-by-linux/

11. https://iot.eclipse.org/community/resources/iot-surveys/assets/iot-developer-survey-2019.pdf

12. Gibb, A., 2015. Construction de matériel open source : fabrication DIY pour hackers et créateurs. Pearson Education.

13. Raymond, E., 1999. La cathédrale et le bazar. Knowledge, Technology & Policy,12(3), 23-49.

14. Pearce, JM, 2014. Open-Source Lab : Comment construire votre propre matériel et réduire les coûts de recherche, Elsevier, Amsterdam. Voir : https://www.appropedia.org/Open-source_Lab

15. Pearce, JM (2014). Réduisez vos coûts grâce au matériel open source. Nature, 505(7485), 618-618.

16. Zhang, C., et al. 2013. Équipement optique imprimable en 3D open source. PLoS ONE 8(3) : e59840

17. https://doi.org/10.1063/PT.3.2160 .

18. Pearce, JM, 2016. Retour sur investissement pour le développement de matériel scientifique open source. Science and Public Policy, 43(2), pp.192-195.

19. Heikkinen, ITS, et al, 2020. Vers une politique nationale de recherche sur le matériel open source : le cas de la Finlande. Prévisions technologiques et changement social, 155, p.119986.