Imagen de encabezado: Con una nueva herramienta llamada Física Aumentada, los estudiantes pueden convertir diagramas estáticos de libros de texto en simulaciones en movimiento. (Cortesía: Guntur et al., 2024, UIST ’24)
Con solo un iPad, los estudiantes de cualquier aula del mundo pronto podrán recrear diagramas comunes en cualquier libro de texto de física, convirtiendo estas imágenes fijas en simulaciones 3D que se mueven, saltan o rotan a través de la página.
Estos nuevos libros de texto vivientes son creación de un equipo de informáticos dirigido por Ryo Suzuki en CU Boulder.
“Por lo general, esos dibujos son fijos. Tenemos que adivinar qué sucederá», dijo Suzuki, profesor asistente en el Instituto Atlas y el Departamento de Ciencias de la Computación. «¿Pero qué pasaría si pudiéramos tomar cualquier dibujo estático de cualquier libro de texto y hacerlo interactivo?»
Él y sus colegas recibieron recientemente el premio al «Mejor artículo» por su trabajo en el 37º Simposio anual de ACM sobre software y tecnología de interfaz de usuario este octubre en Pittsburgh.
Imagínese esto: abra su libro de texto de física de la escuela secundaria y vea el dibujo de un esquiador sobre el salto. Los diagramas te enseñan cosas como la energía cinética, como la energía de un esquiador que desciende una colina. Pero el esquiador nunca se mueve. Él simplemente está sentado.
Hasta ahora.
Para el nuevo estudio, el equipo de Suzuki diseñó un dispositivo que permite a los estudiantes grabar ese dibujo con sus iPads. Luego, después de que el usuario ajusta algunas configuraciones, la herramienta recurre a la inteligencia artificial para hacer que el esquiador se mueva por la pantalla. Baja la colina a toda velocidad, da un salto y sube. Es científicamente exacto: los estudiantes pueden ajustar la fricción de la nieve, haciendo que su esquiador se acerque más rápido o más lento con unos pocos golpes.
Suzuki ve el proyecto como una oportunidad para reinventar el libro de texto, brindando a los estudiantes la oportunidad no solo de leer sobre física, sino también de observar aspectos como el impulso y las corrientes eléctricas.
«Creemos que el futuro de la educación y el aprendizaje debería ser más interactivo y personal», afirmó Suzuki, quien inició el proyecto como investigador en la Universidad de Calgary en Canadá.
¡Está vivo!
Aditya Guntur, primer autor del estudio, recuerda sus días aprendiendo sobre física. Estaba sentado en una clase de ciencias en la escuela secundaria, pensando que debía haber una manera mejor de visualizar cosas para transmitir movimiento.
«Estoy muy decepcionado», dijo Guntur, estudiante de maestría en informática en la Universidad de Calgary. «Quiero visualizar estos conceptos».
La física mejorada visualiza corrientes eléctricas que fluyen a través de un circuito. (Cortesía: Guntur et al., 2024, UIST ’24)
No está solo: la madre de Guntur es profesora de biología en la India y dibuja en la pizarra para mostrar a los estudiantes, por ejemplo, cómo se dividen las células, un fenómeno que los libros de texto sólo pueden capturar en instantáneas.
Un invento en equipo, la Física Aumentada, puede ayudar.
La herramienta se basa en un modelo llamado Segment Anything de la empresa de tecnología Meta. Es una herramienta de visualización por computadora que permite a los usuarios hacer clic en una foto para aislar objetos específicos: un perro o quizás una cara. De manera similar, a través de la física aumentada, los estudiantes y profesores seleccionan diferentes objetos dentro del diagrama, como un esquiador y un salto de esquí, y asignan roles a esos objetos. La IA aplica algo de física básica como la gravedad para hacer que esos objetos se muevan.
También funciona para muchos tipos diferentes de dibujos. Incluyen diagramas ópticos (para que los estudiantes puedan simular cómo un prisma refracta la luz solar, por ejemplo) y circuitos eléctricos (para que puedan ver los cables pasar). En un momento de cierre del círculo, los investigadores probaron su instrumento en algunos de los mismos diagramas del libro de texto de física de Guntur hace años.
Más allá de la física
El equipo diseñó su producto con comentarios de estudiantes reales que estudian con profesores de física y ciencias. Un profesor quedó impresionado con la capacidad de la herramienta para ayudar a los estudiantes a realizar sus «propios pequeños experimentos».
La herramienta aún no es perfecta, señaló Suzuki. Hasta ahora, convierte un dibujo nuevo en una simulación efectiva sólo el 60% de las veces. Pero el equipo está trabajando para mejorar esa tasa de éxito.
En última instancia, los investigadores y sus colegas quieren ir más allá de la física: utilizar esta misma tecnología para transformar cualquier dibujo en cualquier tipo de documento en un mundo vívido en 3D al que los estudiantes puedan ingresar con la ayuda de gafas de realidad aumentada.
«Ese es nuestro objetivo: escapar del 2D estático a un mundo 3D interactivo», dijo Suzuki.
Mientras tanto, la madre de Guntur está ansiosa por diseñar un dispositivo que funcione en los libros de texto de biología.
«Ese sería su sueño hecho realidad», afirmó.
Otros coautores del nuevo estudio incluyen a Rubayat Habib Kazi de Adobe Research; Nandi Zhang y Jarin Thundatil de la Universidad de Calgary; y Yi Wen de la Universidad Texas A&M.
