La beca de la Fundación Nacional de Ciencias permite al equipo de Ingeniería de Stanford experimentar con una forma de combinar el aprendizaje en línea con la experiencia práctica. Por VIGNESH RAMACHADRAN | Ingeniería de Stanford
Ver el video «Usando el Hapkit para enseñar a los hápticos, la ciencia del tacto»
Los educadores de Stanford han diseñado un kit de «hágalo usted mismo» que ofrece a los estudiantes en línea una experiencia práctica al llevar los hápticos a las aulas virtuales.
La háptica se refiere al sentido del tacto. La herramienta de enseñanza práctica se llama Hapkit.
Hapkit tiene un sensor, un motor y un tablero de control que puede ser programado usando una computadora personal. Los estudiantes pueden programar Hapkit para producir sensaciones específicas. Por ejemplo, un usuario debe ser capaz de tocar el dispositivo y sentir lo que se siente al pasar la mano contra la pared o al hacer clic en un bolígrafo.
«La tecnología háptica trata de hacer que las experiencias virtuales parezcan más reales para mejorar la forma en que las personas realizan las tareas o disfrutan de las experiencias virtuales», dijo Allison Okamura, un profesor asociado de ingeniería mecánica.
Okamura diseñó Hapkit en colaboración con Paulo Blikstein, un profesor de educación, y Tania Morimoto, una estudiante de tercer año de doctorado en ingeniería mecánica.
En el otoño de 2013, Okamura utilizó Hapkit en un experimento de enseñanza en línea. Ofreció un curso gratuito en línea, «Introducción a los Hápticos». Limitó la inscripción a 100 solicitantes que vivían en los Estados Unidos. Okamura envió a cada solicitante exitoso un Hapkit para que lo usara en conjunto con el curso.
Añadir este componente práctico ayudó: El 77 por ciento de los participantes terminaron el curso con una calificación aprobatoria. Los estudiantes dijeron que la construcción del dispositivo les ayudó a aprender.
Basándose en esa experiencia, Okamura se asoció recientemente con Blikstein y un tercer colaborador, Karon MacLean, profesor de informática en la Universidad de Columbia Británica, para obtener una beca de la Fundación Nacional de Ciencias.
Juntos, estos educadores estudiarán la mejor manera de utilizar la tecnología háptica para mejorar la forma en que los profesores enseñan y los participantes aprenden.
Hapkit como herramienta de enseñanza
Okamura usa Hapkit cuando enseña en el campus a sus estudiantes de Stanford.
También ofrece una versión a su ritmo de su clase de háptica gratis a cualquier persona en el mundo a través de un Curso Masivo Abierto en Línea o MOOC. No se necesitan conocimientos de programación. El curso online está dirigido a participantes que van desde la edad de la escuela secundaria (una clase de física introductoria sería útil) hasta profesionales en activo.
Los estudiantes en línea tienen toda la información necesaria para construir un Hapkit. Okamura estima que costaría entre 50 y 100 dólares adquirir las piezas y montar un kit.
Háptica, entonces y ahora
La investigación de Okamura sobre la háptica está cerrando el círculo. Graduada en ingeniería mecánica en Stanford, obtuvo su MS aquí en 1996 y su doctorado en 2000. Ese mismo año se unió a la facultad de ingeniería mecánica de la Universidad Johns Hopkins antes de volver a The Farm en 2011.
Hoy en día su CHARM Lab – abreviatura de Collaborative Haptics and Robotics in Medicine – diseña interfaces hápticas. Por ejemplo, un cirujano que teleopere un robot quirúrgico para realizar una tarea delicada como suturar en un tejido debería ser capaz de «sentir» lo que el robot está haciendo y qué tipo de fuerzas se están aplicando.
La retroalimentación háptica ayuda a los humanos y otros animales a resolver problemas del mundo real, dijo Mark Cutkosky, Presidente de la Cátedra Fletcher Jones en la Escuela de Ingeniería y pionero en la aplicación de la ciencia a los entornos educativos y a las interacciones con las máquinas.
«En nuestra vida diaria, ni siquiera pensamos en ello; la mayor parte es inconsciente», dijo Cutkosky. «La háptica, o el sentido del tacto, es como descubrimos que las cosas son duras o suaves o resbaladizas o calientes o frías o lisas.»
Cutkosky fue la mentora de Okamura cuando era estudiante de doctorado en Stanford en los 90. Trabajaron juntos para desarrollar la «paleta háptica», un dispositivo diseñado para dar a los estudiantes de Stanford una sensación de ambientes virtuales usando la tecnología que estaba disponible en ese momento.
Una vez que Okamura regresó a Stanford y reunió su propio equipo en el CHARM Lab, reclutó al estudiante de doctorado Morimoto para rediseñar la paleta háptica original para incorporar nuevos componentes electrónicos de bajo costo y fáciles de usar.
El Hapkit contemporáneo se produce por corte láser o impresión en 3D y es compatible con microcontroladores de tipo aficionado económicos como el Arduino, lo que facilita la programación y la personalización.
Morimoto dijo que el último diseño de Hapkit del laboratorio CHARM está impreso en 3D. Esto hace posible que la gente descargue algunos archivos e imprima su propio Hapkit, creando una comunidad más grande alrededor del dispositivo y estimulando nuevas ideas.
«Una vez que saquemos esto a la luz y otras personas tengan acceso a él, ¿qué se les ocurrirá?» Preguntó Morimoto. «¿Qué cambios de diseño hacen?»
Háptica en las aulas, real y virtual
Mientras estos planes se filtran, Okamura y sus colaboradores están desarrollando otras asociaciones para experimentar con formas de utilizar herramientas de capacitación práctica para mejorar los resultados del aprendizaje. En uno de estos proyectos, Okamura está trabajando con Agnes Kaiser, una ingeniera química convertida en maestra de matemáticas en la Escuela Intermedia Isaac Newton Graham en Mountain View, California.
Kaiser pasó el verano en el laboratorio CHARM averiguando cómo adaptar el curso de Introducción a la Felicidad de nivel universitario a sus estudiantes de secundaria. Debido a que sus estudiantes han crecido usando teléfonos inteligentes y dispositivos de pantalla táctil, Kaiser pensó que tendrían una afinidad natural por la háptica. Pero como educadora quería que aprendieran las matemáticas que hay detrás de estas tecnologías.
Esta primavera Kaiser planea enseñar a sus estudiantes de secundaria los conceptos y ecuaciones detrás de la háptica. Sus estudiantes usarán Hapkit para entender el funcionamiento de una cama Sleep Number ™ y aprenderán lo que significa, matemáticamente, marcar en un colchón firme o blando.
«Una vez que los estudiantes consiguen esa conexión, su retención es más significativa y más poderosa», dijo Kaiser.
El experimento de enseñanza de Kaiser será otro punto de datos en la gran búsqueda de Okamura para entender cómo las experiencias prácticas pueden mejorar el aprendizaje. Por el momento, se centra en el uso de la tecnología háptica para enseñar la ciencia de la háptica.
Pero cree que la tecnología podría utilizarse para simular cualquier entorno físico y así reforzar cualquier experiencia de aprendizaje, ya sea en una clase tradicional o en una clase online. En un curso de física, por ejemplo, los alumnos podrían interactuar con muelles y amortiguadores, mientras que en una clase de biología podrían experimentar la disección virtual de una rana. «Lo que realmente queremos entender es cómo la interacción con estos dispositivos hápticos podría ayudar a la educación en una amplia variedad de temas», dijo Okamura.
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