REVISTA

JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:

En el camino de la investigación

Sistema de realidad aumentada utilizado

para el aprendizaje de anatomía humana

Rossana Valentina Andrade Terán, Matías Adrián Naspud Guillermo,

Ismael Sebastian Ortiz Guachamin, Dennys Adrián Silva Peñaherrera

Mi nombre es Rossana Valentina Mi nombres es Matías Adrián Naspud Andrade Terán, tengo 17 años y estudio el Guillermo, tengo 17 años y estudio el tercer BTI de la Unidad Educativa Técnico tercer año BTI de la Unidad Educativa

Salesiano Don Bosco. Me gusta ver animes, Técnico Salesiano Don Bosco. Me gusta

hacer repostería y bailar música techno y dormir, jugar fútbol y pasar tiempo en fa-

reguetón. Quiero estudiar Derecho en la milia. Quiero estudiar Medicina Veterinaria

universidad. en la universidad.

Mi nombre es Ismael Sebastian Or- Mi nombre es Dennys Adrián Silva tiz Guachamin, tengo 17 años, estudio Peñaherrera, tengo 17 años y estudio el en el 3ER año BTI de la Unidad Educativa tercer año BTI de la Unidad Educativa

Técnico Salesiano Don Bosco. Me gusta Técnico Salesiano Don Bosco. Me gusta

aprender otros idiomas, escuchar música conocer los lores de algunos videojuegos, ver y leer libros. Quiero estudiar Ingeniera en animes o series y ver fútbol. Quiero estudiar

Biotecnología en la universidad. Medicina en la universidad.

Resumen

La enseñanza de la anatomía humana enfrenta re-tudiantes. La implementación de tecnologías innovado-

tos importantes, especialmente en la transmisión de ras, como la realidad aumentada, ofrece oportunidades

conocimientos de manera práctica y visual para los es- para transformar los métodos de aprendizaje, hacién-

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14 Juventud y Ciencia Solidaria

dolos más interactivos y efectivos. En este contexto, cluye la forma, ubicación, disposición y relación en-

se propone aplicar la metodología STEAM (ciencia, tre los órganos que componen el cuerpo. Se clasifica

tecnología, ingeniería, artes y matemáticas) como en-en anatomía descriptiva, funcional, quirúrgica, com-

foque integrador para mejorar la comprensión de los parada y del desarrollo. La anatomía descriptiva se

órganos principales del cuerpo humano. basa en el examen detallado de los organismos vivos.

Para ello, inicialmente se construyó una estructura en La quirúrgica revisa las posibles intervenciones médi-

la cual se encuentran suspendidos los órganos prin-cas en tejidos y estructuras; la comparada ve el proceso

cipales de cada sistema del cuerpo humano. Estos evolutivo y las diferencias entre el ser humano y otras

órganos fueron impresos en 3D utilizando filamento de especies; y la del desarrollo o embriología, estudia el

PLA, y se procedió a ubicar y cablear las tiras LED desarrollo del cuerpo en las etapas prenatales.

en su interior. Una vez establecida la estructura, se

adquirieron los recursos necesarios para desarrollar la

aplicación, como los modelos 3D de los órganos con

sus respectivas texturas. Posteriormente, se empleó

el motor visual UNITY junto con VUFORIA SDK

para crear la aplicación móvil. Se estableció la comuni-

cación entre la aplicación y el Arduino Nano mediante

Bluetooth. El desarrollo del aplicativo incluyó tres

apartados principales: la sección de visualización de

Figura 1. Anatomía humana

los órganos en realidad aumentada, el museo virtual Fuente: [2]

y la interfaz de enseñanza. Finalmente, se verificó el

funcionamiento de los apartados desarrollados, así El diseño de un sistema de realidad aumentada

como su interacción con la estructura física creada. (RA) para el aprendizaje de anatomía humana busca

Se lograron identificar los beneficios de la realidad superar los desafíos educativos que enfrentan los estu-

aumentada en diferentes actividades, destacando su diantes en ciencias de la salud, como la dificultad para

impacto positivo en los procesos de enseñanza en comprender estructuras tridimensionales y el acceso

establecimientos educativos. limitado a recursos didácticos. Este sistema permitirá

visualizar modelos anatómicos en 3D, facilitando una

Palabras clave: Realidad Aumentada, metodología experiencia inmersiva y accesible a través de disposi-

STEAM, biología, enseñanza, App. tivos móviles. La metodología del proyecto incluye

fases de análisis, diseño, desarrollo, validación e imple-

Explicación del tema mentación, con el objetivo de mejorar la comprensión y

retención de conceptos anatómicos, aumentar la partici-

El proyecto de sistema de realidad aumentada busca pación estudiantil y reducir la dependencia de modelos

llegar a establecerse como una alternativa a la en-físicos costosos. Se espera que, al final, los estudiantes

señanza tradicional, entrando dentro de la rama de la obtengan mayor creatividad, mejoren el pensamiento

educación primaria y secundaria como un anexo a los crítico y el aprendizaje colaborativo [3].

aprendizajes que proponen las diversas instituciones

sobre la enseñanza del cuerpo humano.

Este insumo representaría un beneficio para el

aprendizaje, además de contar con un bajo costo y

la ventaja de incorporar una nueva metodología, como

lo es STEAM, que prioriza la formación de los estu-

diantes en un corto período de tiempo

Según Anatomía [1], la anatomía es una ciencia

Figura 2. Aprendizaje STEAM

que estudia la estructura de los seres vivos. Esto in- Fuente: [4]

En el camino de la investigación 15

Según Asensio [5], Unity, anteriormente conocido Como menciona Cartagena [9], la tarjeta Arduino

como Unity 3D, es un motor de creación de videojue-Nano es una placa de desarrollo compacta y completa,

gos y simulaciones en 2D y 3D. Lo desarrolló Unity basada en el microcontrolador ATmega328P, que ofrece

Technologies y se presentó por primera vez en 2005. suficiente capacidad de procesamiento para la mayo-

Desde su lanzamiento, se ha expandido para ser una ría de los proyectos. Aunque es más pequeña que la

de las herramientas de desarrollo más utilizadas en la Arduino Uno, proporciona una funcionalidad similar.

industria del entretenimiento digital. Unity se reconoce Con unas dimensiones de 18 mm x 45 mm, el Nano

sobre todo por su facilidad de uso, compatibilidad con es ideal para proyectos con espacio limitado. Esta tar-

múltiples plataformas y por tener una comunidad de jeta cuenta con 14 pines de entrada/salida digital y

desarrolladores extensa y activa. 8 entradas analógicas, lo que permite la conexión de

sensores, actuadores y otros periféricos.

Figura 5. Tarjeta Arduino Nano

Fuente: [9]

Figura 3. Editor de Unity Según Soto [10], una impresora tridimensional es

Fuente: [6]

un dispositivo que puede crear objetos con volumen,

De acuerdo con Unity Documentation [7], Vuforia a diferencia de las impresoras convencionales que im-

es una plataforma de desarrollo multiplataforma para primen en papel plano. Estas impresoras han evolu-

aplicaciones de Realidad Aumentada (AR) y Realidad cionado desde su primera aparición en los años 80,

Mixta (MR), reconocida por su seguimiento preciso y cuando eran consideradas algo extraordinario, hasta

alto rendimiento en una amplia gama de dispositivos, hoy en día, donde son accesibles para uso doméstico

incluyendo móviles y dispositivos de visualización mon-y ocupan poco espacio. Ahora podemos adquirirlas

tados en la cabeza como Microsoft HoloLens. Su inte-fácilmente para imprimir nuestros propios objetos en

gración con Unity facilita la creación de aplicaciones casa. Las impresoras 3D pueden utilizar una variedad

y juegos de visión para Android y iOS mediante un de materiales, pero es más común encontrar aquellas

proceso de creación sencillo de arrastrar y soltar. que utilizan polímeros como el PLA o ABS.

Figura 4. Realidad aumentada usando Vuforia SDK Figura 6. Impresora 3D Fuente: [8] Fuente: [11]

16 Juventud y Ciencia Solidaria

Figura 7. Diagrama de bloques

Fuente: Autores

Para efectos de este proyecto, el prototipo educativo los datos enviados desde el aplicativo. Las tiras LED

del cuerpo humano consta de tres etapas: aplicación, se van encendiendo en base al carácter enviado desde

comunicación y control. La interfaz de aplicación se el aplicativo móvil a la Tarjeta Arduino Nano. Cada

encarga del soporte del aplicativo móvil donde se rea-órgano tiene un carácter designado Ver Figura 8.

liza el escaneo del Image Target que permite que se Para la construcción de la estructura, se comenzó

observen los órganos en Realidad Virtual. También e-con la impresión de los diferentes órganos del cuerpo

xiste un “museo” virtual donde se observa cada órgano humano. Previamente, se adquirieron modelos en for-

de forma separada con su nombre. mato STL de órganos como el corazón, los pulmones,

La interfaz de comunicación realiza el trabajo del el cerebro, la tráquea, la mandíbula, los riñones, el

envío y llegada de datos entre el aplicativo móvil y páncreas y el intestino, que serían trabajados en el

la tarjeta Arduino mediante Bluetooth. La interfaz proyecto. Estos modelos fueron ajustados en tamaño

de control se encarga del funcionamiento de las lu-para adaptarlos a una escala única, considerando las

minarias del modelo 3D. Para ello, realiza la lectura proporciones del cuerpo humano.

del puerto serial de la tarjeta Arduino a donde llegan

En el camino de la investigación 17

Figura 8. Diagrama de flujo de las luminarias

Fuente: Autores

Se adquirió un soporte metálico compuesto por una lizando hilo de nailon y otros elementos que brindaron

base y un poste para incluir todos los órganos impresos. soporte adecuado para la suspensión. Finalmente, se

Este soporte facilitó las conexiones necesarias para el conectaron los componentes a los puertos asignados en

proyecto. Tras finalizar la estructura y la impresión un shield para Arduino Nano, y se integró un módulo

de los órganos, se procedió a la instalación de las tiras Bluetooth HC-05 para permitir la comunicación con

LED en su interior. Con todos los órganos preparados, la aplicación desarrollada en Unity.

se continuó con su suspensión en la estructura uti-

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El siguiente panel corresponde a la interfaz princi-

pal de la aplicación, donde se encuentra habilitado un

Image Target que actúa como activador de los modelos

3D.

Estos modelos se organizan sobre el Image Target

de manera similar a la estructura del cuerpo humano.

El botón principal permite habilitar o deshabilitar el

escaneo del activador.

Figura 9. Archivo .STL del corazón

Fuente: [12]

Además, se añadieron funciones para mover, ro-

Una vez creada la estructura del proyecto, se pro-tar y modificar el tamaño de los modelos, utilizando

cedió con el desarrollo de la aplicación, utilizando el scripts que analizan la cantidad de toques en la pantalla

motor visual Unity y Vuforia SDK para implementar (touches) para ajustar los valores correspondientes de

la funcionalidad de realidad aumentada. cada modelo.

Previamente, se adquirieron los servicios de estas

plataformas a través de los planes para estudiantes El segundo apartado desarrollado es la visualiza-

que ofrecen, lo cual permitió generar la licencia nece-ción individual de cada órgano. Esta sección se creó

saria para el desarrollo del proyecto y continuar con utilizando el componente Canvas de Unity, el cual per-

su configuración. mite diseñar paneles de texto, cargar imágenes, añadir

Además, se obtuvieron recursos como iconos, imá-scrolls y otros elementos que facilitan la construcción

genes y modelos 3D de los órganos en formatos OBJ y de una interfaz interactiva.

FBX, los cuales se emplearon para representar cada

sistema del cuerpo humano.

En esta interfaz, se incluyen todos los órganos uti-

lizados en el proyecto. Cada sección dedicada a un

órgano específico contiene información detallada, como

sus funciones, partes y una imagen ilustrativa.

Al acceder a una sección, se envía una señal que

activa la iluminación del órgano correspondiente en la

estructura física creada previamente, ver Figura 12.

Por último, se desarrolló el museo virtual. Para su

creación, se comenzó con la detección de planos. Al

iniciar la escena, la cámara se encarga de analizar la

Figura 10. Archivo .OBJ del corazón

profundidad y los planos del entorno para cargar la

Fuente: [13]

habitación, lo que permite caminar y avanzar sin que

Para implementar la interfaz de conexión Blue-la misma se mueva.

tooth, se utilizó un complemento que añade funciones

de comunicación entre el módulo Bluetooth y la apli- Con la detección de planos establecida, se utilizó

cación, permitiendo el envío y recepción de señales. el componente Canvas y texturas para crear y ajustar

Esto facilita la asignación de funciones en Arduino las escalas de la habitación, en este caso de 5x5 m.

IDE y fue diseñado para conectar el módulo de ma-Finalmente, se cargaron los órganos y, con la ayuda

nera eficiente, permitiendo un avance automático en de TextMesh, se ubicaron las enfermedades asociadas

la interacción entre los dispositivos. a cada uno de estos alrededor de ellos, ver Figura 13.

En el camino de la investigación 19

Figura 12. Pestaña de información del corazón

Figura 11. Modelo 3D del proyecto

Fuente: Autores

Fuente: Autores

Figura 13. Museo virtual

Fuente: Autores

Conclusiones permite a los usuarios interactuar con los elementos

presentados en el entorno virtual. Además, facilita el

Para este proyecto, se investigaron las diferentes herra- aprendizaje al permitir que los estudiantes exploren

mientas que ofrecen los mejores beneficios prácticos al detalladamente las partes del cuerpo humano mediante

momento de desarrollar entornos de realidad aumen-la realidad aumentada integrada en la aplicación móvil

tada, destacándose entre ellas el motor visual Unity y del proyecto.

el Vuforia SDK.

El proyecto hace uso de realidad aumentada e incor-

Ambos se caracterizan por su compatibilidad con pora elementos propios de esta tecnología, tales como

diversos sistemas y plataformas, así como por su am-la superposición de modelos 3D sobre el entorno físico

plia gama de herramientas que facilitan el desarrollo real, permitiendo a los usuarios interactuar con objetos

de RA, tales como los Image Targets, AR Camera, virtuales que se integran en su espacio físico (como en

UI, Canvas y otros elementos que se adaptan a las la implementación de los órganos virtuales). Además,

necesidades de cada usuario. se utiliza la escala real para interactuar con elementos

Se logró identificar los beneficios de la realidad au-creados virtualmente (como en la integración del museo

mentada, especialmente en el ámbito educativo, ya que virtual), y se facilita la interacción con interfaces e in-

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formación cargada en la aplicación, especialmente en dizaje Interdisciplinario para el Futuro», Educación

la interfaz de enseñanza, donde se pueden observar los Chile - Registro ATE - Ministerio de Educación. Ac-

detalles de cada órgano. cedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea].

Disponible en: https://shorturl.at/hK093

Agradecimientos [5] I. Asensio, «¿Qué es Unity 3D?», MasterD. Acce-

dido: 26 de diciembre de 2024. [En línea].

Agradecemos a nuestros padres por ser nuestro apoyo

Disponible en: https://shorturl.at/ACbSf

económico y emocional a lo largo de todos estos años

[6] Gráficos y Multimedia, «El motor Unity». Acce-

de colegio y escuela. Su amor y sacrificio han sido

dido: 26 de diciembre de 2024. [En línea].

fundamentales para que llegáramos a ser las personas

Disponible en: https://tinyurl.com/mrxxvvn6

que somos hoy. Agradecemos también por habernos

[7] Unity Technologies, «Vuforia - Unity Manual». Ac-

brindado los recursos necesarios y por apoyarnos en

cedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea].

todas nuestras decisiones.

Disponible en: https://tinyurl.com/4dj43k75

Agradecemos al Ing. Rubén Guallichico por su in-

menso apoyo en la realización de este trabajo investiga-[8] Christos Sotiriou, «Vuforia SDK + remote video

streaming on iOS», Christos Sotiriou | Software Ar-

tivo. Su dedicación y compromiso han sido fundamen-

tales para el desarrollo y la conclusión de este proyecto. chitect. Accedido: 26 de diciembre de 2024. [En

Su conocimiento y experiencia nos han proporcionado línea]. Disponible en: https://tinyurl.com/3a2am8pc

valiosas perspectivas y nos han guiado a través de los [9] Bitwise Ar, Arduino desde cero en Español - Capí-

desafíos del camino, no solo como profesor sino como tulo 44 - NANO modelos FT232RL y CH340G con

amigo. enlaces a drivers, (22 de diciembre de 2018). Ac-

cedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea Video].

Disponible en: https://tinyurl.com/33stt9tt

Referencias

[10] J. Soto, «¿Qué es una Impresora 3D y para

[1] Enciclopedia Humanidades, «Anatomía: qué qué sirve? - Definición», GEEKNETIC. Accedido:

es, historia, ramas, tipos y características», 26 de diciembre de 2024. [En línea]. Disponible en:

https://humanidades.com/. https://tinyurl.com/mrn3t9yy Accedido: 26 de

diciembre de 2024. [En línea]. Disponible en: [11] RepararElPC, «Impresoras 3D ¿Qué son? y

https://shorturl.at/WAWc2 la Bioimpresión», Reparacion ordenadores Madrid.

[2] MedicalExpo, «BodyMap -虚 件 by Medi- RepararElPC. Accedido: 26 de diciembre de 2024.

cal Augmented Intelligence (MAI)». Accedido: 26 [En línea]. Disponible en: https://tinyurl.com/3tnf47rp

de diciembre de 2024. [En línea]. Disponible en: [12] BluebrainFX, «Corazón humano», Cults 3D. Ac-

https://shorturl.at/Omncx cedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea].

[3] T. Grapsas, «Realidad aumentada: ¿qué es, cómo Disponible en: https://shorturl.at/kKYfX

funciona y para qué sirve?», Rock Content - ES. Ac-[13] M. Paschalis, [Animation] Human Heart - Buy

cedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea]. Royalty Free 3D, (17 de noviembre de 2015). Ac-

Disponible en: https://shorturl.at/3MJxu cedido: 26 de diciembre de 2024. [En línea Video].

[4] Blog Educación Chile, «Blog - STEAM: Apren- Disponible en: https://shorturl.at/1Pojv