Gemelos digitales híbridos para la enseñanza de robótica. Un entorno distribuido en tiempo real

Abstract

Esta tesis presenta el diseño, desarrollo e implementación de un entorno híbrido de simulación educativa basado en un modelo de gemelo digital, orientado a la enseñanza de programación y robótica en carreras técnicas y no técnicas. La solución se materializa en el simulador ESTER, una plataforma 3D multiusuario desarrollada en Unity, capaz de controlar hasta 30 robots virtuales sincronizados con robots físicos mediante una arquitectura bidireccional. El modelo híbrido implementado integra componentes simulados y reales de forma complementaria, permitiendo experiencias educativas con alto grado de realismo, autonomía y retroalimentación sensorial. El entorno fue aplicado en contextos universitarios presenciales y virtuales, integrando programación textual en múltiples lenguajes y programación visual basada en bloques (mediante ATOM+ para TurboWarp). Su diseño pedagógico se fundamenta en el construccionismo, el aprendizaje activo, el aprendizaje significativo y la Educación Basada en Competencias (EBC). En este marco, se incorporan los resultados de aprendizaje como referencia para definir las capacidades observables y medibles que alcanzan los estudiantes, y el alineamiento constructivo como estrategia para asegurar la coherencia entre los resultados de aprendizaje, las actividades de enseñanza y las herramientas de evaluación (Neil, 2024). La validación se realizó mediante estudios de caso, rúbricas de desempeño, encuestas de percepción y métricas técnicas. Los resultados muestran una mejora significativa en la comprensión de estructuras de control, la motivación estudiantil y la transferencia de conocimiento. El simulador ha sido reconocido por su innovación y escalabilidad, recibiendo premios académicos y financiamiento internacional. Esta investigación aporta un modelo replicable y sostenible para la enseñanza de robótica y programación en entornos híbridos, posicionando a los gemelos digitales como herramienta clave en la educación del siglo XXI.