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Internet de las Cosas en las Instituciones de Educación Superior Conference Paper · September 2017

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3 authors: Johan Smith Rueda-Rueda

Johana Andrea Manrique

Autonomous University of Bucaramanga

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Internet de las Cosas en las Instituciones de Educación Superior J. S. Rueda-Rueda1 Johana A. Manrique2 José Daniel Cabrera Cruz3

RESUMEN Internet se está desarrollando como un nuevo paradigma conocido como Internet de las Cosas (Internet of Things o IoT). Mediante IoT, cualquier cosa cotidiana puede ser equipada con dispositivos que tienen la capacidad para comunicarse, monitorizar y controlar el ambiente que le rodea, impactando muchos aspectos de la vida del ser humano. El uso de las tecnologías que hacen parte de IoT está creciendo exponencialmente. Este proceso probablemente ayudará a promover el crecimiento económico global. IoT está llegando gradualmente a la educación superior de diversas formas. Por ejemplo, la educación o formación en temas relacionados con IoT, los usos de IoT como herramienta pedagógica, la aplicación de tecnologías IoT como apoyo a la istración académica, así como de las instalaciones y recursos educativos de las Instituciones de Educación Superior (IES). El propósito principal del presente trabajo es identificar y describir diferentes relaciones actuales y potenciales entre las tecnologías IoT y las IES. Este propósito se logra mediante la reflexión y la revisión documental de experiencias internacionales. Palabras clave: Instituciones de educación superior, internet de las cosas, tecnología educativa, telemática, innovación tecnológica.

ABSTRACT The Internet is developing as a new paradigm known as Internet of Things (IoT). Through IoT, any everyday thing can be equipped with devices that have the ability to communicate, monitor and control the environment around them, influencing many aspects of human life. The use of the technologies that are part of IoT is growing exponentially. This process is likely to help promote global economic growth. IoT is gradually reaching higher education in various ways. For example, education or training in topics related to IoT, the use of IoT as a pedagogical tool, the application of IoT technologies in of academic istration, as well as the educational facilities and resources of Higher Education Institutions (HEIs).

1 Johan Smith Rueda-Rueda, [email protected], ingeniero de sistemas e investigador del Centro de Excelencia y Apropiación en Internet de las Cosas (CEA-IoT) y del Grupo de Tecnología de la Información - GTI, Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB. 2

Johana Andrea Manrique Hernández, [email protected], ingeniera de sistemas e investigadora del Centro de Excelencia y Apropiación en Internet de las Cosas (CEA-IoT) y del Grupo de Tecnología de la Información - GTI, Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB. 3

José Daniel Cabrera Cruz, [email protected], Profesor asociado e investigador del Centro de Excelencia y Apropiación en Internet de las Cosas (CEA-IoT) y del Grupo de investigación en Pensamiento Sistémico - GPS, Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB.

The main purpose of this paper is to identify and describe different current and potential relationships between IoT technologies and HEIs. The proposed relationships achieving through reflection and documentary review of international experiences. Keywords: Higher education institutions, internet of things – IoT, educational technology, telematics, technological innovations.

I. INTRODUCCIÓN

E

L paradigma de Internet de las cosas, en inglés Internet of things o simplemente IoT, es el siguiente paso en la evolución de los objetos inteligentes, en el cual cualquier cosa cotidiana se conecta a Internet mediante una interfaz física-digital basada en las Tecnologías de la Información y Comunicación - TIC presentes y futuras [1]. Con IoT cualquier objeto cotidiano puede ser equipado con dispositivos, siendo clave a la hora de abordar desafíos sociales [2] y transformando muchos aspectos de la vida personal y social, la salud, la logística, la industria, por mencionar algunos [3]. IoT se puede encontrar en tres grandes dominios de aplicación: salud, industrial y ciudades inteligentes [4]. IoT se origina de dos áreas, el Internet y las comunicaciones máquina-a-máquina [5]; e integra tecnologías como: cloud computing, redes de sensores inalámbricas, identificación por radiofrecuencia, middleware y software IoT [6] [7]. En IoT, la identificación única y la conexión de los objetos a Internet es una característica necesaria [8]; también lo es el tratamiento que se hace de los datos: se parte de datos recolectados de cosas u objetos identificados del mundo real; estos datos posteriormente se procesan y análizan para convertirlos en información; y ésta, a su vez, en conocimiento [9]. De acuerdo con Selinger et al. [10], en un reporte presentado para CISCO, IoT logra integrar cuatro pilares: las personas, los procesos, los datos y las cosas. Específicamente en el ámbito educativo, la integración de estos pilares está transformando gradualmente la forma tradicional como se concibe y llevan a cabo los procesos y actividades educativas, de investigación, istrativas y otros aspectos relacionados con las Instituciones de Educación Superior (IES) y llevándolas a constituirse poco a poco en un ambiente inteligente [11]. Esta tendencia innovadora en las IES que se empieza a desarrollar con la adopción de tecnologías IoT, se refleja, entre otros, en aspectos como [12]: (i) estrategias de enseñanza y

2 aprendizaje (smart learning); (ii) servicios altamente tecnológicos (smart campus); (iii) aulas inteligentes que facilitan la interacción estudiante-docente (smart classroom); (iv) diseño y desarrollo de contenidos multimedia para el aprendizaje (smart education).

‒ La creación de herramientas y recursos pedagógicos que recrean experiencias reales utilizando tecnologías IoT. Por ejemplo, la utilización de sistemas IoT que permitan recolectar información del mundo real que luego sirva para construir un mundo o ambiente virtual educativo [17].

El proceso de inclusión de las tecnologías IoT en las IES está en una etapa temprana [13]. Algunas IES a nivel mundial como Massachusetts Institute of Technology–MIT4 (Estados Unidos), la Escuela de Negocios–CIFF5 de la Universidad de Alcalá (España), Malmö University6 (Suecia), están ofreciendo cursos y programas educativos para la formación en IoT. En Colombia, con el apoyo del Ministerio de las TIC–MinTIC y el Departamento de Ciencia, Tecnología e Innovación– COLCIENCIAS, se han adelantado proyectos en varias IES para potenciar el desarrollo y la innovación a través de IoT, en busca de atender necesidades de diferentes sectores productivos del país [14].

‒ Los entornos híbridos de aprendizaje mediados por IoT, que combinan objetos del mundo real, incluso en tiempo real, con objetos virtuales o simulados. Estos permiten a los estudiantes partir de situaciones reales, capturadas mediante dispositivos IoT, vivir experiencias simuladas o virtuales educativas.

Lo dicho anteriormente y una revisión preliminar adicional de la literatura podría llevar a pensar que las tecnologías IoT han impactado en las IES, en primera instancia, en la preparación para el desarrollo de aplicaciones IoT; y, en segunda instancia, en el uso de la tecnología IoT como apoyo al proceso de enseñanza-aprendizaje [13], [15], [16]. Sin embargo, no son éstas las únicas relaciones entre las tecnologías IoT y las IES. El presente artículo pretende responder a la siguiente pregunta: ¿Qué relaciones se dan o se pueden dar entre las tecnologías IoT y las IES?

‒ Las plataformas para el aprendizaje colaborativo que permiten el monitoreo y la actuación sobre objetos o ambientes físicos. Por ejemplo, los cultivos y entornos agropecuarios que pueden ser intervenidos por grupos de estudiantes remotamente, como espacios de práctica. ‒ El monitoreo de variables fisiológicas relevantes en el aprendizaje, que se refiere a aquellas condiciones corporales manifestadas por los estudiantes durante los procesos educativos. Por ejemplo, el ritmo cardiaco, que permite saber si los estudiantes se están durmiendo o cansando en una clase. ‒ El IoT puede constituirse en un complemento de las evaluaciones tradicionales, ya que puede ser una fuente de nuevos datos para la evaluación del aprendizaje y para soportar evaluaciones automáticas de habilidades.

Para dar respuesta a esta pregunta, mediante la reflexión y la revisión documental, en este artículo se identificarán y describirán diferentes relaciones, actuales y potenciales, entre las tecnologías IoT y las IES.

‒ El monitoreo de habilidades en tiempo real. Las tecnologías IoT pueden permitir la monitorización de habilidades de los estudiantes en tiempo real durante la realización de actividades, y, así, medir e individualizar el progreso de cada estudiante [18].

II. RELACIONES ENTRE IOT Y LAS IES

‒ Las tecnologías IoT pueden ayudar en el intercambio de información entre docentes y estudiantes, ya que dichas tecnologías permiten la captura de información o contenido para ser compartidos entre estudiantes y docentes. Por ejemplo, si un libro con código QR es útil a un compañero, se puede compartir la información de forma fácil; también podrían incluirse imágenes, sonidos o videos capturados mediante el dispositivo móvil para ser compartidos con los compañeros y colegas.

Las tecnologías IoT tienen una variedad de maneras de presentarse dentro las IES. Para clasificar y describir esta gama de posibilidades, se identificaron las relaciones, existentes y las que se proyectan, entre el IoT y las IES como resultado de la revisión documental, la reflexión y la experiencia de los autores de este trabajo. En esta sección se presentan seis tipos de relación entre IoT y las IES. A. IoT como herramienta pedagógica Esta relación hace referencia a la utilización de recursos o tecnologías IoT en la enseñanza y aprendizaje de contenidos o en la generación de éstos. Esta relación no incluye aquellos casos en que IoT es un contenido u objeto de estudio, los cuales se tratan en subsección B. Dentro de este tipo de relación se presentan variantes como las siguientes: ‒ Los laboratorios o espacios prácticos para la enseñanza y aprendizaje que pueden ser operados, remotamente o no, mediante tecnologías IoT para un aprendizaje y entrenamiento ubicuo. 4

Para más información, véase en: https://bootcamp.mit.edu/iot/

5

Para más información véase en: http://www.ciff.net/master-internet-ofthings.html 6

Para más información véase en: http://edu.mah.se/en/Course/DA650A

B. IoT como objeto de estudio o contenido de un programa Esta relación se refiere a aquellos casos en los cuales IoT es contenido u objeto de estudio o de aprendizaje, tanto dentro del currículo, como por fuera de éste. Se pueden mencionar los siguientes ejemplos: ‒ Los cursos sobre IoT que hacen parte de programas académicos a nivel de pregrado, posgrado y diplomados. Así mismo, aquellos cursos o talleres que los programas académicos ofrecen de manera independiente de los currículos, orientados a complementar dichos programas con temáticas de interés para los estudiantes en los diferentes niveles académicos. ‒ Los contenidos específicos relacionados con IoT que hacen parte de cursos más amplios dentro del currículo de un programa académico. Un ejemplo se refiere a los cursos de

3 redes en los cuales se introducen temáticas relacionadas con las redes de sensores inalámbricas (Wireless Sensor Network - WSN) y otras tecnologías IoT [19].

podría asesorar a iniciativas de emprendimiento relacionadas con IoT de estudiantes, profesores y graduados.

‒ Los programas académicos referidos, en su totalidad, a la temática del IoT; por ejemplo, un posgrado o diplomado sobre IoT. De igual forma, se pueden presentar como líneas o áreas de investigación, formación o profundización dentro de un programa académico; por ejemplo, una línea o área de investigación sobre IoT dentro de un programa de doctorado.

‒ La participación de las IES en spin-off universitarias relacionadas con IoT. Por ejemplo, una spin-off derivada de un proyecto de investigación en la cual la universidad sea socia.

‒ Los proyectos, intra o extracurriculares, que tienen que ver con IoT. Por ejemplo, proyectos grado, de semilleros de investigación o proyectos de clase. C. Actividades de CTeI relacionadas con IoT, con o sin cooperación nacional o internacional Esta relación hace referencia a las actividades de Ciencia, Tecnología e Innovación - CTeI en las cuales participen uno o varios actores nacionales e internacionales en torno a temáticas relacionadas con IoT, que puede ser o no la temática principal. Dentro de esta relación se presentan ejemplos como: ‒ Los programas de intercambio de estudiantes o profesores para propósitos académicos e investigativos relacionados con IoT. Por ejemplo, pasantías o movilidad de estudiantes a un centro de desarrollo tecnológico de una universidad extranjera relacionada con temas relacionadas con IoT. Otra forma se refiere a proyectos de investigación posdoctoral realizados en centros y grupos de investigación. ‒ La realización de proyectos de CTeI, colaborativa o no, con IES nacionales e internacionales sobre temas relacionados con IoT, que cuenten o no con un actor beneficiario. Por ejemplo: El Centro de Excelencia y Apropiación en Internet de las Cosas – CEA-IoT, es una alianza entre cinco universidades colombianas, tres líderes tecnológicos (Microsoft, Intel y Hewlett Packard) y empresas del país, para potenciar el desarrollo económico desde la tecnología e innovación a través del IoT [20]; y los proyectos de innovación, de responsabilidad o impacto social en comunidades. ‒ Las consultorías, ya sean científico-tecnológicas o no, en las cuales participen una o varias IES y otros actores nacionales e internacionales y en las cuales IoT puede ser el objeto de estudio o recurso principal de la consultoría. Por ejemplo, una consultoría realizada a un ente territorial sobre smart cities; o una consultoría que reúna datos obtenidos mediante tecnologías IoT para, luego, hacer propuestas a instituciones y órganos de control. D. Emprendimiento de base tecnológica relacionado con IoT originado en IES Esta relación se refiere a la generación y fortalecimiento de empresas de base de tecnológica, derivadas de actividades CTeI de las IES y que estén relacionadas con IoT. En esta relación se puede apreciar dos posibilidades: ‒ El apoyo de las IES a startups relacionadas con IoT. Por ejemplo, la oficina de emprendimiento de una universidad

E. istración de instalaciones y recursos educativos de las IES Esta relación se refiere a la gerencia de instalaciones, equipos, suministros, documentos, recursos bibliográficos, muebles, puntos de información y otros elementos necesarios para que las IES presten sus servicios. Dentro de esta relación, los ejemplos se clasificaron en cuatro grupos: 1) Gestión de equipos, muebles, documentos, suministros y recursos bibliográficos. ‒ IoT puede ayudar en la gestión de muebles, equipos y dispositivos utilizados en las IES. Por ejemplo: IoT puede ser utilizado para hacer trazabilidad de equipos e instrumentos de laboratorio para su identificación, utilización, detección de daños, pérdidas o robos [21]; también se puede hacer trazabilidad de equipos de oficina, de las aulas, y equipos de mantenimiento de las instalaciones. ‒ La gestión de la cadena de suministros para las diferentes dependencias de las IES también puede ser posible con apoyo en IoT, haciendo posible la detección del requerimiento del suministro en el inventario, la generación autónoma de solicitudes del suministro, el control del inventario, la ubicación de suministros en los lugares de almacenamiento, la distribución y reposición automática de suministros. Por ejemplo, se puede determinar, mediante tecnologías IoT, que falta un determinado suministro y esto sería el inicio de la solicitud de adquisición; también se puede hacer control de en qué cantidad se están gastando los insumos del inventario y quién lo está haciendo [22]. ‒ IoT como apoyo a la gestión documental, permitiendo, por ejemplo, la trazabilidad de documentos en físico y optimización de recorridos de mensajeros en función de información real y actualizada sobre la disponibilidad de documentos en las dependencias de la IES. ‒ IoT en la gestión de recursos bibliográficos y similares, permitiendo la ubicación, identificación e información sobre material bibliográfico en bibliotecas con apoyo en tecnología IoT [23]. 2) Gestión del campus o la infraestructura física de la IES ‒ Los sistemas de climatización inteligente para aulas, laboratorios y oficinas, permitiendo que, a través de sensores, el aire acondicionado se encienda cuando se detecta presencia en la sala, o que pueda ser manejado desde un dispositivo móvil o que las ventanas se abran o cierren para controlar la temperatura ambiental.

4 ‒ La gestión inteligente de la energía [24], en la cual, por ejemplo, las luces de las aulas se activan al detectar la presencia de personas y se apague cuando éstas queden vacías; permitiendo también el manejo de la iluminación de aulas, laboratorios, salas u oficinas por parte del personal de la universidad a través de un dispositivo móvil o computador, verificando qué luces quedaron encendidas por descuido humano o permitiendo el encendido o apagado de equipos de aulas, laboratorios, salas y oficinas dependiendo de la detección de presencia.

peligro de perder cursos por baja asistencia; el registro de docentes en el aula para la clase como parte de su evaluación de desempeño; el registro de la asistencia a eventos académicos, como conferencias, talleres, capacitaciones, como base para generación de estadísticas útiles para la toma de decisiones; la caracterización del público asistente a un evento académico como base que el conferencista realice ajustes de su lenguaje; estadísticas en tiempo real de asistentes a eventos para determinar si hay recursos suficientes como sillas y material impreso.

‒ IoT también puede ser aplicado a la seguridad física y la seguridad perimetral de las instalaciones de las IES, a través de controles de inteligentes a salas, laboratorios, aulas [25] y zonas restringidas como la sala de servidores, entre otras; en los sistemas de detección de intrusos como apoyo a los sistemas de vigilancia; y el monitoreo de las edificaciones para detectar, a tiempo, el deterioro en su infraestructura y tomar acciones correctivas. Igualmente, puede ser útil en la detección de sismos, incendios, y la humedad.

‒ El IoT puede ser aplicado en la detección, identificación y caracterización de diferentes actores académicos, por ejemplo, un docente o istrativo puede detectar e identificar a estudiantes y acceder a información que lo caracterice (nombre, programa, edad, rendimiento académico, etc.) [30].

‒ Haciendo uso de tarjetas RFID se puede apoyar la gestión de visitantes al campus universitario para la trazabilidad, la identificación y el de los visitantes a locaciones autorizadas [18]. ‒ IoT puede ayudar en la optimización del uso del agua; por ejemplo, a través de sistemas de riego inteligente de jardines y zonas verdes y el control del consumo de agua en los edificios, como baterías sanitarias, cocinas, laboratorios, piscinas, bebederos, y fuentes de agua. 3) Difusión de contenidos e información institucional Letreros o puntos de información que usan gateways IoT los cuales se conectan a un servicio de gestión de contenidos digitales. Esto permite, de forma centralizada, gestionar contenidos e información institucional para ser visualizada en la totalidad, o parte, del campus en tiempo real. 4) Optimización de la infraestructura tecnológica La optimización del tráfico en las redes de comunicaciones de las IES puede ser tratada a través de tecnologías IoT como Fog computing [26], [27] y Dew computing [28], utilizadas para el procesamiento y almacenamiento local para evitar la congestión de redes, que podría apoyarse adicionalmente en Big Data. F. istración académica de las IES Esta relación se refiere a la utilización de recursos o tecnologías IoT en la planeación, seguimiento y optimización de la gestión de cursos, programas y actividades académicas de las IES. En esta relación se pueden encontrar aplicaciones como: ‒ La aplicación de IoT al registro y control de asistencia a clases y eventos académicos de las IES. Por ejemplo, la detección de la presencia de estudiantes en el aula de clase dentro del horario asignado, como base para el control de asistencia [29], siendo útil para propósitos diferentes como: el diagnóstico temprano de deserción de deserción estudiantil y para identificar estudiantes que están en

‒ De igual forma, la aplicación de tecnologías IoT para identificación de personal que presentan pruebas académicas, por ejemplo, utilizar biometría, para identificar de estudiantes que presentan exámenes y evitar la suplantación [31]. III. CONCLUSIONES Como respuesta a la pregunta de investigación que originó este artículo, en este trabajo se identificaron seis tipos de relaciones entre las IES y el IoT que cubre la mayoría de las áreas de una universidad, como son la educación, las instalaciones del campus, los recursos e infraestructura tecnológica. De las seis relaciones que se han venido desarrollando entre IES e IoT, la istración de instalaciones y recursos educativos es la que más casos de aplicación se han encontrado. Las IES alrededor del mundo están percibiendo las características y ventajas que ofrece el IoT y empiezan a incorporarlo en otros procesos, como es la enseñanzaaprendizaje y en las actividades de ciencia, tecnología e innovación. Del mismo modo, considerando las oportunidades que ofrece el IoT en el desarrollo económico y social, siendo el motor de las ciudades inteligentes, algunas universidades empiezan a ofrecer programas académicos completamente relacionados con el IoT, para preparar a profesionales con habilidades y conocimientos necesarios para dar solución a los nuevos retos que se plantean en la actualidad. Como trabajo futuro, se realizará una definición de la tipología de las relaciones IoT-IES más detallada, incluyendo subcategorías identificadas, con casos de éxito de implementaciones realizadas en universidades alrededor del mundo y de aplicaciones de IoT con potencialidad de ser implementadas en las IES. AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer la colaboración de todos los socios dentro del proyecto Centro de Excelencia y Apropiación en Internet de las Cosas (CEA-IoT). Los autores también desean agradecer a todas las instituciones que

5 apoyaron este trabajo: el Ministerio de Tecnología de la Información y Comunicaciones – MinTIC de Colombia y al Departamento istrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación – Colciencias, a través del Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, Tecnología y la Innovación Francisco José de Caldas (ID Proyecto: FP44842-502-2015).

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REFERENCIAS

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