La teoría de la cognición corporizada (denominada embodied cognition en inglés) expresa que el conocimiento puede ser más profundo y de mayor plazo cuando usamos diferentes sentidos así como varias partes de nuestro cuerpo para interactuar con aquello que queremos aprender. De esta forma, el cerebro recibe estímulos de diferentes canales los cuales se integran entre sí produciendo una asimilación más completa de la información. En este sentido, la tecnología háptica permite enriquecer un simulador puramente visual desplegado en una pantalla, añadiendo el sentido del tacto para generar una nueva experiencia sensorial con gran potencial educativo.

La palabra háptico proviene del griego “hapto“ que significa “tocar” (o relativo al tacto). Esta interacción se logra acoplando un control físico externo al simulador o “dispositivo háptico” (usualmente utilizado mediante una palanca), con el cual el usuario puede manipular los objetos de la simulación en la pantalla, percibiendo de esta forma las fuerzas aplicadas sobre ellos como si fueran reales. A los simuladores que integran dispositivos hápticos para manipular los objetos dentro de la simulación se les llama “visuo-hápticos”, y usan una tecnología similar a la de los videojuegos como “Kinect” (Xbox 360 de Microsoft).

La tecnología háptica tiene mucho potencial para enriquecer las simulaciones sobre conceptos de Física. Con un diseño de escenarios apropiado puede permitir que los alumnos experimenten las fuerzas que están presentes en una situación física, como las fuerzas de tensión de una cuerda o las fuerzas de fricción entre superficies. Asimismo, es posible elaborar simulaciones visuo-hápticas en donde el usuario pueda manipular distintas cargas eléctricas o distribuciones de carga eléctrica y sentir las fuerzas de atracción o de repulsión electrostáticas presentes en el sistema. Esta manipulación de objetos le permitirá al estudiante tener una apreciación más clara y una experiencia más vívida sobre el tipo de interacciones presentes en el sistema y así desarrollar una comprensión de los fenómenos más completa y con retención de mayor plazo.

Los dispositivos hápticos se han usado principalmente en entrenamiento médico y en educación. Se han desarrollado simuladores visuo-hápticos para realizar operaciones médicas como cirugías, suturas y en procedimientos dentales (Escobar et al. 2016). De esta forma, los alumnos pueden practicar todas las veces que sea necesario sin la necesidad de usar cadáveres o animales. Por otra parte, en diversas instituciones educativas se han desarrollado varios simuladores visuo-hápticos para la enseñanza de conceptos de Física, tanto en el área de la Mecánica Clásica como en Electricidad y Magnetismo (Hamza-Lup & Baird, 2012; Han & Black, 2011, Neri et al., 2015). Por ejemplo, en la Universidad de Purdue se ha desarrollado un simulador visuo-háptico para entender la relación entre la fuerza de fricción ejercida por una superficie plana sobre un bloque, con la masa y el tamaño del bloque.  

Un aspecto relevante de estas investigaciones es que, por lo general, la percepción de los alumnos en relación al uso de los simuladores visuo-hápticos es muy buena, ya que encuentran este tipo de tecnología novedosa, interesante y motivante. Sin embargo, es necesario investigar a profundidad para determinar hasta qué punto el uso de los dispositivos hápticos mejoran el aprendizaje de los alumnos o el tipo de competencias que podrían desarrollar en ellos.

Profesores del Laboratorio de Cyberlearning del Campus Ciudad de México (CCM), en colaboración con investigadores de la Universidad de Purdue en Indiana EE. UU., tenemos un proyecto de desarrollo de escenarios visuo-hápticos. Entre los simuladores desarrollados se encuentran: fuerzas de fricción entre bloques, fuerzas, torcas y brazos de palanca en una puerta giratoria y sobre una Máquina de Atwood, fuerza de flotación sobre un cuerpo inmerso en un líquido, así como las fuerzas de interacción entre diversas distribuciones de cargas eléctricas. Hemos realizado pruebas con grupos de alumnos de ingeniería de materias de Mecánica Clásica y de Electricidad y Magnetismo en ambas instituciones. Los resultados han sido presentados en distintos foros y publicados en revistas especializadas en educación (Shaik et al., 2017; Neri et al., 2015; Yuksel et al., 2017)

Los hallazgos encontrados hasta ahora son prometedores. Por una parte, en encuestas de percepción aplicadas sobre el uso de los simuladores visuo-hápticos los alumnos expresan que se sienten muy motivados al usar este tipo de ambientes. Por otra parte, hemos realizado estudios en los cuales se comparan las calificaciones obtenidas en exámenes aplicados a alumnos que han trabajado con los escenarios visuo-hápticos (grupo experimental) con las obtenidas por alumnos que ven los mismos conceptos en una clase tradicional sin simuladores (grupos de control). Los resultados preliminares sugieren en promedio mejores calificaciones para el grupo experimental que para el grupo de control.

Aunque los resultados son alentadores, es necesario hacer pruebas con un número mayor de alumnos para verificar esta tendencia. También se necesita diseñar un mayor número de escenarios en donde se usen los dispositivos hápticos, tanto en Física como en otras áreas de Ingeniería, y para los niveles de profesional y de preparatoria. Otro problema a resolver es mejorar la calidad de las visualizaciones para que, por un lado, sean más atractivas y realistas, y por el otro, se perciba de mejor manera la dimensión de profundidad en la simulación. De esta forma, el usuario se adaptará más fácilmente al simulador y necesitará un periodo más corto de entrenamiento con los dispositivos hápticos antes de realizar los experimentos propuestos por el instructor. Los grupos de trabajo tanto del Tecnológico de Monterrey como de Purdue estamos trabajando actualmente en estos aspectos y esperamos obtener mejores resultados en los próximos meses.

Invito a los profesores interesados en conocer más sobre los escenarios visuo-hápticos de Física y Electricidad y Magnetismo, así como sobre simuladores en general para Ingeniería y Ciencias, contactarme para resolver sus inquietudes y orientarlos para lograr que eventualmente puedan aplicar esta tecnología en sus cursos, hacer pruebas con ellos y compartir sus resultados.
 

Acerca del autor
Luis Jaime Neri Vitela tiene un Doctorado en física y es profesor de tiempo completo en el Tecnológico de Monterrey. Está certificado en las técnicas de Aprendizaje Basado en Problemas y de Aprendizaje Colaborativo. Sus líneas de investigación son el impacto de la tecnología en el aprendizaje de las ciencias y la ingeniería, el uso de simuladores y sistemas en línea, e-learning y m-learning, así como la implementación de metodologías didácticas innovadoras para el aprendizaje activo de los alumnos.