9.3 Realidad virtual y aumentada

    Figura 9.3.1 Video de Atelier 101. Haga clic en la imagen para ver el video

De manera similar a los juegos serios, la realidad virtual y aumentada son tecnologías que existen desde hace tiempo y que han tenido un impacto relativamente pequeño en la educación previamente. Sin embargo, los desarrollos tecnológicos más recientes que han pasado de mundos virtuales de dos dimensiones (como Second Life) a entornos tridimensionales y profundamente inmersivos han atraído más la atención del potencial para la educación (para una mejor comprensión general de la historia y el potencial de realidad virtual en educación, ver Elmqadden, 2019).

9.3.1 ¿Qué son la realidad virtual / aumentada / mixta?

Una definición simple de estas tecnologías es ‘inmersión humana en un mundo sintético‘ (Seidel y Chatelier, 1997). El Instituto Franklin proporciona las siguientes definiciones más detalladas que intentan distinguir entre los diferentes tipos de mundos ‘sintéticos’:

La realidad aumentada (RA)  agrega elementos digitales a una vista en vivo a menudo mediante el uso de la cámara en un teléfono inteligente. Los ejemplos de experiencias de realidad aumentada incluyen lentes Snapchat y el juego Pokémon Go . 

La realidad virtual (RV)  implica una experiencia de inmersión completa que excluye el mundo físico. Usando dispositivos de realidad virtual como HTC Vive, Meta Quest2 o Google Cardboard, los usuarios pueden ser transportados a una serie de entornos imaginarios y del mundo real, como el centro de una colonia de pingüinos  o incluso atrás de un dragón.

En una experiencia de realidad mixta (RM), que combina elementos de RA y RV, los objetos del mundo real y digitales interactúan. La tecnología de realidad mixta acaba de comenzar a despegar, con HoloLens de Microsoft, uno de los aparatos de realidad mixta temprana más notables.

Adoptaré el término ‘tecnologías inmersivas’ para todas estas tecnologías. Sin embargo, las descripciones verbales siempre serán algo inadecuadas para describir lo que son esencialmente experiencias multisensoriales, combinando visión, audición y movimiento. Estas tecnologías son algo que necesita ser experimentado en lugar de explicarse para que se entiendan mejor.

9.3.2 ¿Por qué utilizar tecnologías inmersivas?

Hay varias razones por las cuales estas tecnologías están comenzando a usarse más en educación:

• el desarrollo reciente de tecnología de usuario final de costo relativamente bajo y fácil de usar (auriculares en particular);
• la inmersión profunda en entornos de aprendizaje tridimensionales y altamente realistas que son muy convincentes/motivadores para el usuario final;
• la capacidad de los usuarios finales para manipular objetos dentro del entorno tridimensional;
• la tecnología en la nube más potente que permite el desarrollo de entornos de aprendizaje más complejos y realistas, combinados con desarrollos más avanzados en tecnologías móviles y redes inalámbricas de alta velocidad;
• el potencial para desarrollar una gama de competencias y conocimientos que serían difíciles, imposibles o peligrosos en entornos del mundo real.

9.3.3 Ejemplos de entornos inmersivos en educación

En vista de los desafíos descriptos, se puede preguntar por qué alguien se molestaría con tecnologías inmersivas en educación. Sin embargo, los beneficios potenciales apenas se han explorado. Proporciono ejemplos aquí que demuestran los beneficios potenciales y cómo algunos entornos inmersivos se pueden desarrollar con relativa facilidad. (Para una revisión más sistemática de las aplicaciones de realidad virtual en la educación superior o postsecundaria, ver Radianti et al., 2020)

9.3.3.1 Realidad virtual

En el Departamento de Química de la University of de Bristol en Inglaterra, el Dr. David Glowacki y su equipo  del laboratorio de realidad virtual crearon una herramienta interactiva de modelado de dinámica molecular en forma de  Nano Simbox VR, que permite que cualquier persona pueda visitar y jugar dentro de lo que es invisible en el mundo molecular (O’Connor et al., 2018). El objetivo principal de este proyecto en particular era proporcionar una sensación intuitiva de la forma en que las moléculas operan en múltiples dimensiones para permitir a los investigadores y estudiantes tener una mejor comprensión de cómo operan los nano mundos, lo que lleva a mejores hipótesis para las pruebas dentro de este dominio en particular.

Como afirman los autores en el artículo:

Desde una perspectiva de modelado, la nanoescala representa un dominio interesante, porque los objetos de estudio (por ejemplo, las moléculas) son invisibles a simple vista, y su comportamiento se rige por fuerzas físicas e interacciones significativamente diferentes de las fuerzas e interacciones que encontramos durante nuestra experiencia fenomenológica del día a día. En dominios como este, que son imperceptibles a simple vista, los modelos efectivos son vitales para proporcionar la información necesaria para avanzar en la investigación … los sistemas moleculares suelen tener miles de grados de libertad. Como resultado, su movimiento se caracteriza por una coreografía dinámica de muchos cuerpos complicada, altamente correlacionada y elegante, que no es intuitiva en comparación con la mecánica más familiar de objetos que encontramos en el mundo físico cotidiano. Su complejidad combinada, desconocimiento e importancia hacen que las moléculas sean candidatos particularmente interesantes para investigar el potencial de los nuevos paradigmas de modelado digital.

Glowacki y su equipo en Science Advances (O’Connor et al., 2018) describen cómo la aplicación RV permitió a los investigadores:

• “captar” fácilmente  átomos individuales de C ₆₀ y manipula su dinámica en tiempo real para pasar el C _{60 de}  un lado a otro.
• tomar un átomo de bencilpenicilina completamente solvatado y guíarlo interactivamente para acoplarlo dentro del sitio activo de la enzima β-lactamasa TEM-1 (con ambas moléculas completamente flexibles y dinámicas) y generar el modo de unión correcto (33), un proceso que es importante para comprender la resistencia a los antimicrobianos
• guiar una molécula de metano (CH ₄) a través de un nanotubo de carbono, cambiando el sentido del tornillo de una molécula de heliceno orgánico,
• atar un nudo en un polipéptido pequeño [17-alanina (17-ALA)

Figura 9.3.2 El uso de la realidad virtual para fomentar la intuición química Dr. David Glowacki, University of Bristol. Haga clic en la imagen para ver el video.

Crear modelos dinámicos que operan no solo en tiempo real sino también en tres dimensiones puede requerir no solo equipos especializados de realidad virtual, sino más importante aún, cantidades masivas de potencia informática para manejar la representación visual y el modelado de procesos moleculares dinámicos altamente complejos e interactivos. Sin embargo, mediante el uso de la computación en la nube y redes más potentes, la construcción de estos modelos se ha convertido en una realidad, lo que permite que no solo se representen dichos modelos, sino que permite cierto grado de manipulación en tiempo real por parte de los investigadores en diferentes ubicaciones, pero dentro del mismo marco de tiempo. La principal ventaja del uso de una plataforma en la nube es permitir la ampliación del modelado de nano-interacciones dinámicas simples a mucho más complejas y el intercambio sincrónico de la experiencia de realidad virtual con múltiples usuarios.

Sin embargo, no todas las aplicaciones de realidad virtual necesitan una gran potencia informática. Otros usos exploratorios de la realidad virtual son para que:

• en educación: los estudiantes encuentren su camino en un campus complejo
• en arquitectura/planificación espacial: permite a los clientes comprender en tres dimensiones el “aspecto” final del diseño de un edificio al recorrerlo virtualmente (Brandaõ et al., 2018), Google Blocks, un programa de software gratuito para desarrollar modelos 3D, es una herramienta que puede soportar este tipo de aplicación.
• en música: en la University of British Columbia, el Dr. Jonathon Girard está explorando el uso de la realidad virtual para aprender a dirigir una orquesta (la orquesta virtual ‘responde’ a los gestos con las manos del director)
• en medicina y salud: los investigadores de UBC están explorando el uso de la realidad virtual para el manejo del dolor

9.3.3.2 Realidad aumentada

La realidad aumentada es una tecnología inmersiva más simple que la realidad virtual, a menudo basada en aplicaciones para teléfonos móviles. Por ejemplo, los estudiantes de APBI 200 Introducción a la Ciencia del Suelo de la University of British Columbia aprenden sobre los efectos de la topografía en la formación de diferentes tipos de suelo. El departamento ha desarrollado la aplicación Soil TopARgraphy, que permite ver y manipular un modelo de terreno en la región de Kamloops de la Columbia Británica. Los estudiantes aprenden cómo la topografía impacta la distribución del orden del suelo a través de sus efectos sobre el microclima (es decir, la temperatura y el agua). Los estudiantes pueden ver el modelo de terreno con un mapa de elevación codificado por colores o una imagen satelital en sus teléfonos móviles. Además, los estudiantes pueden tocar banderas para leer sobre diferentes órdenes de suelo, ver imágenes y realizar un evaluación de autoaprendizaje para reforzar su comprensión.

Para este proyecto, el Laboratorio de Medios Emergentes de UBC creó dos aplicaciones móviles, un visor RA para estudiantes (Android e iOS) y un editor para el instructor (Android). El visor RA es la aplicación descrita anteriormente para ver un terreno predefinido. El instructor puede personalizar los contenidos con la aplicación de editor complementario. Pueden actualizar la ubicación del suelo en el terreno, la descripción, la imagen y los cuestionarios.

Figura 9.3.3 Imágenes de la pantalla de Soar TopARgraphy

Otros ejemplos de aplicaciones AR de UBC:

• El Dr. Patrick Walls está desarrollando una aplicación basada en un teléfono móvil que ayuda a los estudiantes a visualizar funciones multivariables, a fin de aprender los conceptos subyacentes a un nivel más profundo mucho más rápidamente.
• en GEOG 498: Geografías en el Medio Oriente, los estudiantes aprenden sobre la historia de la Guerra Civil Siria y sus desarrollos en curso. El instructor, el Dr. Siobhán McPhee, ha desarrollado una aplicación móvil que sigue las historias de cinco refugiados sirios que finalmente llegaron a Vancouver. Los estudiantes se ven obligados a tomar decisiones (o a no tener opciones), esperar y correr/caminar con la aplicación para poder progresar en la narrativa de la experiencia. El propósito de este proyecto es provocar empatía y ayudar a los estudiantes a comprender las consecuencias emocionales de la Guerra Civil siria. Esta aplicación también aplica algunos principios de gamificación.

9.3.4 Diseño de entornos educativos inmersivos

Esta tecnología es tan reciente que todavía existen pocas o ninguna de las buenas prácticas aceptadas desarrolladas para uso educativo. La mayoría de las aplicaciones educativas hasta la fecha han sido deliberadamente de naturaleza exploratoria. Sin embargo, se requieren varias etapas de desarrollo que se aplicarán a todas las aplicaciones educativas de estas tecnologías:

• identificar los costos iniciales y las posibles fuentes de financiamiento: no es probable que sea un ejercicio barato, al menos inicialmente. Por esta razón, varias universidades, como la University of British Columbia, y Drexel University, han establecido sus propios laboratorios de investigación de tecnologías emergentes para experimentar con aplicaciones educativas;
• definir los resultados/objetivos de aprendizaje: ¿qué se espera que aprenda el alumno? En las primeras etapas de desarrollo, esto puede ser tanto un ejercicio de lluvia de ideas (preferiblemente incluyendo estudiantes/usuarios finales) como un proceso iterativo, porque el potencial completo de la tecnología no siempre está claro en las primeras aplicaciones. En particular, el instructor debe tener una visión clara de lo que podría ser posible utilizando una tecnología inmersiva. Por lo tanto, cierta familiaridad con la tecnología es esencial antes de comenzar el diseño;
• determinar dónde integrar el uso de esta tecnología en el diseño general de un curso/programa: en otras palabras, qué conocimiento y competencias se desarrollarán dentro del entorno inmersivo, y cómo se integra esto con lo que se enseña en el resto del curso/programa;
• decidir entre usar un entorno de diseño/aprendizaje inmersivo existente que pueda aplicarse o adaptarse con relativa facilidad para uso ‘local’; o diseñar un nuevo entorno inmersivo desde cero. Esto último obviamente es más costoso y requiere mucho tiempo y requerirá un alto nivel de experiencia; como resultado, la recompensa del diseño desde cero (mejores resultados de aprendizaje/retorno de la inversión) debe valer el esfuerzo;
• elegir la tecnología apropiada/accesible. Los auriculares o las aplicaciones móviles son la parte menos costosa del uso de tecnologías inmersivas. El costo principal estará en desarrollar o adaptar el mundo ‘aumentado’ o ‘virtual’. Sin embargo, al igual que con los juegos serios, puede haber un paso intermedio, donde un ‘mundo’ existente puede ser licenciado y adaptado para uso local (ver, por ejemplo, Lightwave). En algunos casos, los mundos inmersivos de acceso abierto están disponibles para su uso o adaptación, aunque no son comunes (ver los ejemplos OpenSimulator, Art of Illusion o  MayaVerse). A menudo, los estudiantes pueden  ayudar con la programación y el diseño del entorno, como parte de sus estudios, pero necesitarán dirección y la oportunidad de ofrecer ideas creativas. Los mundos virtuales verdaderamente interactivos donde los estudiantes/usuarios toman decisiones y las consecuencias se ‘programan’ en el entorno de aprendizaje pueden requerir grandes cantidades de capacidad informática, como la computación en la nube;
• ser eficaz, el entorno RV debe ser lo más auténtico o realista posible. Esto significa prestar tanta atención a la creación del contexto de aprendizaje específico. Será necesario decidir qué partes del aprendizaje se realizarán mejor fuera de la experiencia RV/RA, y cuáles dentro. Por ejemplo, los procedimientos para monitorear el estado de un reactor nuclear, para identificar incidentes críticos, para decidir si se debe apagar el reactor o no, y para apagarlo en realidad, también deben incorporarse al proceso de aprendizaje. La mayor parte de esto se puede enseñar fuera del contexto de realidad virtual, pero la realidad virtual se puede utilizar para probar o desarrollar las habilidades de aplicar este conocimiento en un contexto realista y desafiante. En otras palabras, la experiencia de realidad virtual debe integrarse en un contexto o entorno de aprendizaje más amplio;
• testear y adaptar: el diseño, al menos inicialmente, debe ser un proceso iterativo, donde se desarrollen y prueben las ideas, y se reciban e incorporen comentarios al diseño;
• evaluar: esto puede ser un desafío particular, particularmente si los nuevos resultados de aprendizaje resultan de la experiencia. ¿Cómo puede la evaluación capturar mejor lo que los estudiantes han aprendido? ¿La evaluación se llevará a cabo dentro del mundo ‘virtual’, en el mundo real o de alguna otra manera (y si es así, qué tan auténtica será dicha evaluación)?
• ¿de qué manera podría ampliarse el nuevo entorno inmersivo para permitir que la recuperación de los costos?
• evaluar: ¿cuál es la mejor manera de evaluar el éxito o las limitaciones del diseño y la aplicación del mundo inmersivo? ¿Cómo difundir mejor el conocimiento y la experiencia adquirida?

Estos pueden parecer desafíos inalcanzables pero los beneficios potenciales podrían ser sorprendentes.

9.3.5 Las características únicas de las tecnologías inmersivas

El desarrollo de tecnologías totalmente inmersivas es tan reciente que es prematuro intentar identificar todas las posibilidades educativas que son exclusivas de este medio. Se están explorando nuevas aplicaciones todo el tiempo. La mayor parte de la evidencia es cualitativa, basada en la experiencia personal de las personas al usar la tecnología. Actualmente se carece de evidencia empírica que valide las capacidades educativas específicas de RV y RA en términos de mejores resultados de aprendizaje. Sin embargo, se puede identificar el potencial de RV y RA en términos de asistencia al aprendizaje.

En primer término, muchas de las posibilidades o características educativas de otros medios, y en particular el video, se aplicarán a RV y RA, pero a menudo de manera más intensa, debido a la experiencia inmersiva.

Las aplicaciones de realidad virtual y aumentada pueden proporcionar a los estudiantes una comprensión profunda e intuitiva de fenómenos que de otro modo serían difíciles, si no imposibles, de lograr de otras maneras. Esto permite que los estudiantes que a menudo luchan con la naturaleza abstracta de una materia académica entiendan en términos más concretos qué significan o representan las abstracciones. Esta comprensión intuitiva es crítica no solo para una comprensión más profunda sino también para avances en la investigación y las aplicaciones de la ciencia.

Las aplicaciones educativas donde el costo de las formas alternativas o tradicionales de aprendizaje son demasiado caras o demasiado peligrosas, serán particularmente adecuadas para aplicaciones de realidad virtual. Algunos ejemplos pueden ser la gestión de emergencias, como apagar un reactor nuclear fuera de control, desactivar una bomba, controlar un incendio en un petrolero o explorar dentro de la estructura física de un cerebro humano. En particular, la realidad virtual sería apropiada para el aprendizaje en contextos donde los entornos reales no son fácilmente accesibles, o donde los alumnos necesitan lidiar con emociones fuertes al tomar decisiones o operar bajo presión en tiempo real.

AR, que a menudo es más fácil de diseñar e implementar, permite a los estudiantes practicar aplicaciones de conocimiento en contextos semi-realistas.

Sin embargo, al momento de escribir este artículo, apenas estamos comenzando a comprender el potencial de este medio. Con el tiempo, las posibilidades educativas de este medio serán mucho más claras.

9.3.6 Fortalezas y debilidades

La realidad virtual no es solo una moda que desaparecerá. Ya hay una gran cantidad de aplicaciones comerciales, principalmente en entretenimiento y relaciones públicas, pero también cada vez más para áreas específicas de educación y capacitación. Ya existe una gran cantidad de software excelente y listo para usar para crear entornos de realidad virtual, y el costo del hardware está disminuyendo rápidamente (aunque los auriculares y otros equipos de buena calidad probablemente sean demasiado caros para que un gran número de estudiantes los usen).

Los campos de aplicación de esta tecnología son ilimitados: capacitación en el uso de equipos complejos, simulación de procedimientos quirúrgicos, pruebas de diseño arquitectónico, reconstrucción de sitios en arqueología, visitas virtuales a museos, tratamiento del dolor y fobias, y muchas otras posibilidades.

Para permitir el buen tratamiento de los aspectos más emocionales de la toma de decisiones, la experiencia de inmersión debe ser realista. Esto probablemente requerirá una producción de medios de alta calidad. Por lo tanto, la realidad virtual a menudo debe combinarse con el diseño de simulación, la producción de medios de calidad y la informática poderosa para ser educativamente efectivos, nuevamente elevando el costo. Por estas razones, la medicina es un área particularmente probable para el desarrollo, donde los costos de capacitación tradicionales son realmente altos o donde la capacitación es difícil de proporcionar a pacientes reales.

Una vez más, las aplicaciones tenderán a ser muy específicas para las necesidades de un área temática particular. Esto significa que los diseñadores deben incluir especialistas en materias con un profundo conocimiento del campo que puedan combinar el poder de la tecnología con las necesidades de los estudiantes en un contexto particular de aprendizaje. La realidad virtual en particular requiere instructores con imaginación y creatividad, que trabajen con otros profesionales como productores de medios, los propios alumnos, así como especialistas en diseño de realidad virtual RV.

El uso educativo generalizado de los desarrollos de realidad virtual bidimensionales anteriores, como Second Life, ha sido desalentado por el alto costo y la dificultad de crear gráficos y contextos para el aprendizaje. Por lo tanto, incluso si los costos de hardware y software para la realidad virtual son lo suficientemente bajos para el uso individual de los estudiantes, es probable que los altos costos de producción de crear contextos y escenarios educativos realistas inhiban su uso general.

Se necesita también cierta precaución al suponer que las personas se comportarán de la misma manera en la vida real que en los entornos de realidad virtual. Gallup y col. (2019) encontraron  una gran diferencia en la influencia de los factores sociales dentro de los entornos del mundo real y virtuales: las señales sociales en la realidad real parecen dominar y reemplazar a las de la realidad virtual. Uno de los autores, Alan Kingstone, concluyó:

“Usar la realidad virtual para examinar cómo piensan y se comportan las personas en la vida real puede conducir a conclusiones que son fundamentalmente erróneas. Esto tiene profundas implicaciones para las personas que esperan usar la realidad virtual para hacer proyecciones precisas sobre comportamientos futuros. Por ejemplo, predecir cómo se comportarán los peatones al caminar entre automóviles sin conductor, o las decisiones que tomarán los pilotos en una situación de emergencia. Las experiencias en realidad virtual pueden tener desempeño insuficiente para la vida real “.

Rolfsen, 2019

Esto significa que necesitamos más experimentación. Esta sigue siendo una tecnología relativamente nueva, y puede haber formas muy simples de usarla en la educación que no sean costosas y satisfagan necesidades que no pueden satisfacerse fácilmente en la enseñanza tradicional o con otra tecnología existente. Sin embargo, para que esto suceda, los educadores, los desarrolladores de software y los productores de medios deben unirse para jugar, experimentar, probar y evaluar.

Sin embargo, RV la realidad virtual y RA la realidad aumentada son tecnologías interesantes con el potencial de cambiar procesos de aprendizaje radicalmente convencionales.

Referencias

Brandaõ, G. et al. (2018) Virtual Reality as a Tool for Teaching Architecture in Design, User Experience, and Usability: Designing Interactions Las Vegas NV: Proceedings of 7th International Conference, DUXU 2018, held as Part of HCI International 2018,

Connolly, B. (2018) How virtual reality is transforming learning at the University of Newcastle, CIO, 8 March

Elmqadden, N. (2019) Augmented Reality and Virtual Reality in Education: Myth or Reality? International Journal of Emerging Technologies in Learning, Vol. 14, No. 3

Gallup, A. et al. (2019) Contagious yawning in virtual reality is affected by actual, but not simulated, social presence Nature: Scientific Reports, 22 January

O’Connor, M. et al. (2018) Sampling molecular conformations and dynamics in a multiuser virtual reality framework, Science Advances, Vol. 4, No.6, 29 June

Radianti, J. et al. (2020) A systematic review of immersive virtual reality applications for higher education: Design elements, lessons learned, and research agenda Computers & Education, Vol. 147, April

Rolfson, E. (2019) People think and behave differently in virtual reality than they do in real life UBC News, 24 January

Seidel, R. and Chatelier, P. (1997) Virtual Reality, Training’s Future?: Perspectives on Virtual Reality and Related Emerging Technologies Berlin: Springer Science & Business Media

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