REVISTA JUVENTUDYCIENCIASOLIDARIA: Enelcaminodelainvestigación Sistemaderealidadaumentadautilizado paraelaprendizajedeanatomíahumana RossanaValentinaAndradeTerán,MatíasAdriánNaspudGuillermo,IsmaelSebastianOrtizGuachamin,DennysAdriánSilvaPeñaherrera Minombrees RossanaValentina AndradeTerán ,tengo17añosyestudioel tercerBTIdelaUnidadEducativaTécnico SalesianoDonBosco.Megustaveranimes, hacerreposteríaybailarmúsicatechnoy reguetón.QuieroestudiarDerechoenla universidad. Minombreses MatíasAdriánNaspud Guillermo ,tengo17añosyestudioel tercerañoBTIdelaUnidadEducativa TécnicoSalesianoDonBosco.Megusta dormir,jugarfútbolypasartiempoenfa- milia.QuieroestudiarMedicinaVeterinaria enlauniversidad. Minombrees IsmaelSebastianOr- tizGuachamin ,tengo17años,estudio enel3ERañoBTIdelaUnidadEducativa TécnicoSalesianoDonBosco.Megusta aprenderotrosidiomas,escucharmúsica yleerlibros.QuieroestudiarIngenieraen Biotecnologíaenlauniversidad. Minombrees DennysAdriánSilva Peñaherrera ,tengo17añosyestudioel tercerañoBTIdelaUnidadEducativa TécnicoSalesianoDonBosco.Megusta conocerlos lores dealgunosvideojuegos,ver animesoseriesyverfútbol.Quieroestudiar Medicinaenlauniversidad. Resumen Laenseñanzadelaanatomíahumanaenfrentare- tosimportantes,especialmenteenlatransmisiónde conocimientosdemaneraprácticayvisualparaloses- tudiantes.Laimplementacióndetecnologíasinnovado- ras,comolarealidadaumentada,ofreceoportunidades paratransformarlosmétodosdeaprendizaje,hacién- 13
14 JuventudyCienciaSolidaria dolosmásinteractivosyefectivos.Enestecontexto, seproponeaplicarlametodologíaSTEAM(ciencia, tecnología,ingeniería,artesymatemáticas)comoen- foqueintegradorparamejorarlacomprensióndelos órganosprincipalesdelcuerpohumano. Paraello,inicialmenteseconstruyóunaestructuraen lacualseencuentransuspendidoslosórganosprin- cipalesdecadasistemadelcuerpohumano.Estos órganosfueronimpresosen3Dutilizandofilamentode PLA,yseprocedióaubicarycablearlastirasLED ensuinterior.Unavezestablecidalaestructura,se adquirieronlosrecursosnecesariosparadesarrollarla aplicación,comolosmodelos3Ddelosórganoscon susrespectivastexturas.Posteriormente,seempleó elmotorvisualUNITYjuntoconVUFORIASDK paracrearlaaplicaciónmóvil.Seestableciólacomuni- caciónentrelaaplicaciónyelArduinoNanomediante Bluetooth.Eldesarrollodelaplicativoincluyótres apartadosprincipales:laseccióndevisualizaciónde losórganosenrealidadaumentada,elmuseovirtual ylainterfazdeenseñanza.Finalmente,severificóel funcionamientodelosapartadosdesarrollados,así comosuinteracciónconlaestructurafísicacreada. Selograronidentificarlosbeneficiosdelarealidad aumentadaendiferentesactividades,destacandosu impactopositivoenlosprocesosdeenseñanzaen establecimientoseducativos. Palabrasclave: RealidadAumentada,metodología STEAM,biología,enseñanza,App. Explicacióndeltema Elproyectodesistemaderealidadaumentadabusca llegaraestablecersecomounaalternativaalaen- señanzatradicional,entrandodentrodelaramadela educaciónprimariaysecundariacomounanexoalos aprendizajesqueproponenlasdiversasinstituciones sobrelaenseñanzadelcuerpohumano. Esteinsumorepresentaríaunbeneficioparael aprendizaje,ademásdecontarconunbajocostoy laventajadeincorporarunanuevametodología,como loesSTEAM,quepriorizalaformacióndelosestu- diantesenuncortoperíododetiempo SegúnAnatomía[1],laanatomíaesunaciencia queestudialaestructuradelosseresvivos.Estoin- cluyelaforma,ubicación,disposiciónyrelaciónen- trelosórganosquecomponenelcuerpo.Seclasifica enanatomíadescriptiva,funcional,quirúrgica,com- paradaydeldesarrollo.Laanatomíadescriptivase basaenelexamendetalladodelosorganismosvivos. Laquirúrgicarevisalasposiblesintervencionesmédi- casentejidosyestructuras;lacomparadaveelproceso evolutivoylasdiferenciasentreelserhumanoyotras especies;yladeldesarrollooembriología,estudiael desarrollodelcuerpoenlasetapasprenatales. Figura1. AnatomíahumanaFuente:[2] Eldiseñodeunsistemaderealidadaumentada (RA)paraelaprendizajedeanatomíahumanabusca superarlosdesafíoseducativosqueenfrentanlosestu- diantesencienciasdelasalud,comoladificultadpara comprenderestructurastridimensionalesyelacceso limitadoarecursosdidácticos.Estesistemapermitirá visualizarmodelosanatómicosen3D,facilitandouna experienciainmersivayaccesibleatravésdedisposi- tivosmóviles.Lametodologíadelproyectoincluye fasesdeanálisis,diseño,desarrollo,validacióneimple- mentación,conelobjetivodemejorarlacomprensióny retencióndeconceptosanatómicos,aumentarlapartici- paciónestudiantilyreducirladependenciademodelos físicoscostosos.Seesperaque,alfinal,losestudiantes obtenganmayorcreatividad,mejorenelpensamiento críticoyelaprendizajecolaborativo[3]. Figura2. AprendizajeSTEAMFuente:[4]
Enelcaminodelainvestigación 15 SegúnAsensio[5],Unity,anteriormenteconocido comoUnity3D,esunmotordecreacióndevideojue- gosysimulacionesen2Dy3D.LodesarrollóUnity Technologiesysepresentóporprimeravezen2005. Desdesulanzamiento,sehaexpandidoparaseruna delasherramientasdedesarrollomásutilizadasenla industriadelentretenimientodigital.Unitysereconoce sobretodoporsufacilidaddeuso,compatibilidadcon múltiplesplataformasyportenerunacomunidadde desarrolladoresextensayactiva. Figura3. EditordeUnityFuente:[6] DeacuerdoconUnityDocumentation[7],Vuforia esunaplataformadedesarrollomultiplataformapara aplicacionesdeRealidadAumentada(AR)yRealidad Mixta(MR),reconocidaporsuseguimientoprecisoy altorendimientoenunaampliagamadedispositivos, incluyendomóvilesydispositivosdevisualizaciónmon- tadosenlacabezacomoMicrosoftHoloLens.Suinte- graciónconUnityfacilitalacreacióndeaplicaciones yjuegosdevisiónparaAndroidyiOSmedianteun procesodecreaciónsencillodearrastrarysoltar. Figura4. RealidadaumentadausandoVuforiaSDKFuente:[8] ComomencionaCartagena[9],latarjetaArduino Nanoesunaplacadedesarrollocompactaycompleta, basadaenelmicrocontroladorATmega328P,queofrece suficientecapacidaddeprocesamientoparalamayo- ríadelosproyectos.Aunqueesmáspequeñaquela ArduinoUno,proporcionaunafuncionalidadsimilar. Conunasdimensionesde18mmx45mm,elNano esidealparaproyectosconespaciolimitado.Estatar- jetacuentacon14pinesdeentrada/salidadigitaly 8entradasanalógicas,loquepermitelaconexiónde sensores,actuadoresyotrosperiféricos. Figura5. TarjetaArduinoNanoFuente:[9] SegúnSoto[10],unaimpresoratridimensionales undispositivoquepuedecrearobjetosconvolumen, adiferenciadelasimpresorasconvencionalesqueim- primenenpapelplano.Estasimpresorashanevolu- cionadodesdesuprimeraapariciónenlosaños80, cuandoeranconsideradasalgoextraordinario,hasta hoyendía,dondesonaccesiblesparausodoméstico yocupanpocoespacio.Ahorapodemosadquirirlas fácilmenteparaimprimirnuestrospropiosobjetosen casa.Lasimpresoras3Dpuedenutilizarunavariedad demateriales,peroesmáscomúnencontraraquellas queutilizanpolímeroscomoelPLAoABS. Figura6. Impresora3DFuente:[11]
16 JuventudyCienciaSolidaria Figura7. DiagramadebloquesFuente:Autores Paraefectosdeesteproyecto,elprototipoeducativo delcuerpohumanoconstadetresetapas:aplicación, comunicaciónycontrol.Lainterfazdeaplicaciónse encargadelsoportedelaplicativomóvildondeserea- lizaelescaneodelImageTargetquepermitequese observenlosórganosenRealidadVirtual.Tambiéne- xisteun“museo”virtualdondeseobservacadaórgano deformaseparadaconsunombre. Lainterfazdecomunicaciónrealizaeltrabajodel envíoyllegadadedatosentreelaplicativomóvily latarjetaArduinomedianteBluetooth.Lainterfaz decontrolseencargadelfuncionamientodelaslu- minariasdelmodelo3D.Paraello,realizalalectura delpuertoserialdelatarjetaArduinoadondellegan losdatosenviadosdesdeelaplicativo.LastirasLED sevanencendiendoenbasealcarácterenviadodesde elaplicativomóvilalaTarjetaArduinoNano.Cada órganotieneuncarácterdesignadoVerFigura8. Paralaconstruccióndelaestructura,secomenzó conlaimpresióndelosdiferentesórganosdelcuerpo humano.Previamente,seadquirieronmodelosenfor- matoSTLdeórganoscomoelcorazón,lospulmones, elcerebro,latráquea,lamandíbula,losriñones,el páncreasyelintestino,queseríantrabajadosenel proyecto.Estosmodelosfueronajustadosentamaño paraadaptarlosaunaescalaúnica,considerandolas proporcionesdelcuerpohumano.
Enelcaminodelainvestigación 17 Figura8. DiagramadeflujodelasluminariasFuente:Autores Seadquirióunsoportemetálicocompuestoporuna baseyunposteparaincluirtodoslosórganosimpresos. Estesoportefacilitólasconexionesnecesariasparael proyecto.Trasfinalizarlaestructuraylaimpresión delosórganos,seprocedióalainstalacióndelastiras LEDensuinterior.Contodoslosórganospreparados, secontinuóconsususpensiónenlaestructurauti- lizandohilodenailonyotroselementosquebrindaron soporteadecuadoparalasuspensión.Finalmente,se conectaronloscomponentesalospuertosasignadosen unshieldparaArduinoNano,yseintegróunmódulo BluetoothHC-05parapermitirlacomunicacióncon laaplicacióndesarrolladaenUnity.
18 JuventudyCienciaSolidaria Figura9. Archivo.STLdelcorazónFuente:[12] Unavezcreadalaestructuradelproyecto,sepro- cedióconeldesarrollodelaaplicación,utilizandoel motorvisualUnityyVuforiaSDKparaimplementar lafuncionalidadderealidadaumentada. Previamente,seadquirieronlosserviciosdeestas plataformasatravésdelosplanesparaestudiantes queofrecen,locualpermitiógenerarlalicencianece- sariaparaeldesarrollodelproyectoycontinuarcon suconfiguración. Además,seobtuvieronrecursoscomoiconos,imá- genesymodelos3DdelosórganosenformatosOBJy FBX,loscualesseemplearonpararepresentarcada sistemadelcuerpohumano. Figura10. Archivo.OBJdelcorazónFuente:[13] ParaimplementarlainterfazdeconexiónBlue- tooth,seutilizóuncomplementoqueañadefunciones decomunicaciónentreelmóduloBluetoothylaapli- cación,permitiendoelenvíoyrecepcióndeseñales. EstofacilitalaasignacióndefuncionesenArduino IDEyfuediseñadoparaconectarelmódulodema- neraeficiente,permitiendounavanceautomáticoen lainteracciónentrelosdispositivos. Elsiguientepanelcorrespondealainterfazprinci- paldelaaplicación,dondeseencuentrahabilitadoun ImageTargetqueactúacomoactivadordelosmodelos 3D. EstosmodelosseorganizansobreelImageTarget demanerasimilaralaestructuradelcuerpohumano. Elbotónprincipalpermitehabilitarodeshabilitarel escaneodelactivador. Además,seañadieronfuncionesparamover,ro- tarymodificareltamañodelosmodelos,utilizando scriptsqueanalizanlacantidaddetoquesenlapantalla (touches)paraajustarlosvalorescorrespondientesde cadamodelo. Elsegundoapartadodesarrolladoeslavisualiza- ciónindividualdecadaórgano.Estasecciónsecreó utilizandoelcomponenteCanvasdeUnity,elcualper- mitediseñarpanelesdetexto,cargarimágenes,añadir scrolls yotroselementosquefacilitanlaconstrucción deunainterfazinteractiva. Enestainterfaz,seincluyentodoslosórganosuti- lizadosenelproyecto.Cadaseccióndedicadaaun órganoespecíficocontieneinformacióndetallada,como susfunciones,partesyunaimagenilustrativa. Alaccederaunasección,seenvíaunaseñalque activalailuminacióndelórganocorrespondienteenla estructurafísicacreadapreviamente,verFigura12. Porúltimo,sedesarrollóelmuseovirtual.Parasu creación,secomenzóconladeteccióndeplanos.Al iniciarlaescena,lacámaraseencargadeanalizarla profundidadylosplanosdelentornoparacargarla habitación,loquepermitecaminaryavanzarsinque lamismasemueva. Conladeteccióndeplanosestablecida,seutilizó elcomponenteCanvasytexturasparacrearyajustar lasescalasdelahabitación,enestecasode5x5m. Finalmente,secargaronlosórganosy,conlaayuda deTextMesh,seubicaronlasenfermedadesasociadas acadaunodeestosalrededordeellos,verFigura13.
Enelcaminodelainvestigación 19 Figura11. Modelo3DdelproyectoFuente:Autores Figura12. PestañadeinformacióndelcorazónFuente:Autores Figura13. MuseovirtualFuente:Autores Conclusiones Paraesteproyecto,seinvestigaronlasdiferentesherra- mientasqueofrecenlosmejoresbeneficiosprácticosal momentodedesarrollarentornosderealidadaumen- tada,destacándoseentreellaselmotorvisualUnityy elVuforiaSDK. Ambossecaracterizanporsucompatibilidadcon diversossistemasyplataformas,asícomoporsuam- pliagamadeherramientasquefacilitaneldesarrollo deRA,talescomolosImageTargets,ARCamera, UI,Canvasyotroselementosqueseadaptanalas necesidadesdecadausuario. Selogróidentificarlosbeneficiosdelarealidadau- mentada,especialmenteenelámbitoeducativo,yaque permitealosusuariosinteractuarconloselementos presentadosenelentornovirtual.Además,facilitael aprendizajealpermitirquelosestudiantesexploren detalladamentelaspartesdelcuerpohumanomediante larealidadaumentadaintegradaenlaaplicaciónmóvil delproyecto. Elproyectohaceusoderealidadaumentadaeincor- poraelementospropiosdeestatecnología,talescomo lasuperposicióndemodelos3Dsobreelentornofísico real,permitiendoalosusuariosinteractuarconobjetos virtualesqueseintegranensuespaciofísico(comoen laimplementacióndelosórganosvirtuales).Además, seutilizalaescalarealparainteractuarconelementos creadosvirtualmente(comoenlaintegracióndelmuseo virtual),ysefacilitalainteracciónconinterfacesein-
20 JuventudyCienciaSolidaria formacióncargadaenlaaplicación,especialmenteen lainterfazdeenseñanza,dondesepuedenobservarlos detallesdecadaórgano. Agradecimientos Agradecemosanuestrospadresporsernuestroapoyo económicoyemocionalalolargodetodosestosaños decolegioyescuela.Suamorysacrificiohansido fundamentalesparaquellegáramosaserlaspersonas quesomoshoy.Agradecemostambiénporhabernos brindadolosrecursosnecesariosyporapoyarnosen todasnuestrasdecisiones. AgradecemosalIng.RubénGuallichicoporsuin- mensoapoyoenlarealizacióndeestetrabajoinvestiga- tivo.Sudedicaciónycompromisohansidofundamen- talesparaeldesarrolloylaconclusióndeesteproyecto. Suconocimientoyexperiencianoshanproporcionado valiosasperspectivasynoshanguiadoatravésdelos desafíosdelcamino,nosolocomoprofesorsinocomo amigo. Referencias [1]EnciclopediaHumanidades,«Anatomía:qué es,historia,ramas,tiposycaracterísticas», https://humanidades.com/.Accedido:26de diciembrede2024.[Enlínea].Disponibleen: https://shorturl.at/WAWc2 [2]MedicalExpo,«BodyMap- 虚件 byMedi- calAugmentedIntelligence(MAI)».Accedido:26 dediciembrede2024.[Enlínea].Disponibleen: https://shorturl.at/Omncx [3]T.Grapsas,«Realidadaumentada:¿quées,cómo funcionayparaquésirve?»,RockContent-ES.Ac- cedido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://shorturl.at/3MJxu [4]BlogEducaciónChile,«Blog-STEAM:Apren- dizajeInterdisciplinarioparaelFuturo»,Educación Chile-RegistroATE-MinisteriodeEducación.Ac- cedido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://shorturl.at/hK093 [5]I.Asensio,«¿QuéesUnity3D?»,MasterD.Acce- dido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://shorturl.at/ACbSf [6]GráficosyMultimedia,«ElmotorUnity».Acce- dido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://tinyurl.com/mrxxvvn6 [7]UnityTechnologies,«Vuforia-UnityManual».Ac- cedido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://tinyurl.com/4dj43k75 [8]ChristosSotiriou,«VuforiaSDK+remotevideo streamingoniOS»,ChristosSotiriou|SoftwareAr- chitect.Accedido:26dediciembrede2024.[En línea].Disponibleen:https://tinyurl.com/3a2am8pc [9]BitwiseAr, ArduinodesdeceroenEspañol-Capí- tulo44-NANOmodelosFT232RLyCH340Gcon enlacesadrivers ,(22dediciembrede2018).Ac- cedido:26dediciembrede2024.[EnlíneaVideo]. Disponibleen:https://tinyurl.com/33stt9tt [10]J.Soto,«¿QuéesunaImpresora3Dypara quésirve?-Definición»,GEEKNETIC.Accedido: 26dediciembrede2024.[Enlínea].Disponibleen: https://tinyurl.com/mrn3t9yy [11]RepararElPC,«Impresoras3D¿Quéson?y laBioimpresión»,ReparacionordenadoresMadrid. RepararElPC.Accedido:26dediciembrede2024. [Enlínea].Disponibleen:https://tinyurl.com/3tnf47rp [12]BluebrainFX,«Corazónhumano»,Cults3D.Ac- cedido:26dediciembrede2024.[Enlínea]. Disponibleen:https://shorturl.at/kKYfX [13]M.Paschalis, [Animation]HumanHeart-Buy RoyaltyFree3D ,(17denoviembrede2015).Ac- cedido:26dediciembrede2024.[EnlíneaVideo]. Disponibleen:https://shorturl.at/1Pojv