Introducción al internet de las cosas (internet of things)

El Internet de las cosas (IoT por sus siglas en inglés) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet, esto permite que estos dispositivos envíen y reciban datos, puedan ser monitoreados y controlados remotamente. Algunos ejemplos de internet de las cosas (IoT) cotidianos son:

• Electrodomésticos inteligentes como refrigeradores que nos indican cuándo falta algo o lavadoras que funcionan de manera remota.
• Asistentes virtuales como Alexa de Amazon que podemos controlar con la voz.
• Wearables y dispositivos de monitoreo de salud que registran nuestros signos vitales para ayudar a mejorar nuestros hábitos.
• Luces inteligentes, termostatos y electrodomésticos que podemos controlar con apps en nuestros teléfonos.
• Cámaras de seguridad y sensores conectados que se pueden monitorear en línea.

Se estima que para 2025 podrían haber cerca de 75 mil millones de dispositivos de IoT a nivel mundial, esto demuestra la velocidad con la que esta tecnología se está adoptando, lo que también se aplica a la educación. En el ámbito educativo, el IoT tiene aplicaciones interesantes dentro y fuera del salón de clases, dentro de las que destacan:

• Sensores para supervisar las condiciones ambientales de los espacios de aprendizaje.
• Dispositivos portables que registren la actividad física durante los recreos o la educación física.
• Estaciones de carga para los dispositivos móviles de los estudiantes que facilitan las políticas de BYOD (Bring Your Own Device).
• Plataformas de logística para el rastreo de autobuses escolares, control de almacenes, mantenimiento de instalaciones, etc.
• Apps vinculadas a dispositivos de IoT para hacer más interactivo el aprendizaje.

De esta forma, el IoT está presente en nuestras vidas y en ámbitos educativos puede facilitar la gestión de recursos, brindar datos en tiempo real y apoyar modelos de aprendizaje de nueva generación. Su potencial es enorme y solo se encuentra limitado por nuestra imaginación por lo cual a continuación realizaremos una reseña enfocada especialmente en el ámbito educativo.

1.- Definición y evolución del concepto de internet de las cosas (IoT)

El Internet de las Cosas (IoT por sus siglas en inglés) es definido por Kelloor, Lewis, Hernández-Muñoz, Fernández, Chong, Mulvenna, Wan y Goulding (2019) como «una infraestructura global para la sociedad de la información, que posibilita servicios avanzados mediante la interconexión de objetos (físicos y virtuales) gracias al uso de tecnologías de información y comunicación interoperables existentes o en desarrollo» (p. 25).  El origen del concepto se remonta a la década de los 80’s cuando se comenzó a hablar de la interconexión entre computadoras, aunque el término Internet de las Cosas como tal fue acuñado en 1999 por Kevin Ashton, cofundador del Auto-ID Center del MIT. Ashton planteaba la idea de agregar sensores e identificadores a objetos físicos para poder monitorearlos a través de internet.

La evolución histórica del Internet de las Cosas puede dividirse en las siguientes etapas:

• Origen del concepto en la década de 1980 con la interconexión temprana entre computadoras.
• Aparición del término Internet de las Cosas por Kevin Ashton en 1999 y establecimiento del Auto-ID Center en el MIT.
• Desarrollo de tecnologías habilitadoras como RFID, sensores y protocolos de comunicación estandarizados en la década de 2000.
• Lanzamiento del IPv6 en 2012 que permitió direccionar los miles de millones de dispositivos conectados.
• Auge de plataformas en la nube, big data, inteligencia artificial y aprendizaje automático aplicados al IoT a partir de 2015.
• Masificación y adopción en múltiples industrias del IoT con proyección de decenas de miles de millones de dispositivos conectados en la próxima década.

2.- Teorías que sustentan la propuesta de internet de las cosas (IoT)

El fundamento pedagógico del Internet de las Cosas en educación se sustenta en teorías del aprendizaje como el construccionismo y el aprendizaje ubicuo. Seymour Papert formuló la teoría del construccionismo, la cual plantea que el aprendizaje ocurre de manera más efectiva cuando se construyen cosas en el mundo real a través del uso de tecnologías digitales (Bers, Seddighin, & Sullivan, 2013). El IoT permite a los estudiantes crear sus propios objetos, dispositivos, sensores o robots conectados para experimentar y aprender haciendo.

Por otro lado, Jay Cross acuñó el concepto de aprendizaje ubicuo o pervasivo para referirse a un entorno en cual se puede adquirir conocimientos en cualquier lugar y momento, gracias al uso de dispositivos electrónicos (Lee & Doh, 2012). Las tecnologías de IoT facilitan ambientes educativos ubicuos enriquecidos con información de contexto relevante.

En cuanto al fundamento tecnológico, el IoT se basa centralmente en la conectividad digital entre objetos cotidianos a través de internet. Esto es posible gracias a tecnologías habilitadoras como:

• Identificación por radiofrecuencia (RFID) para etiquetar objetos (Ying et al., 2012).
• Sensores para capturar información del entorno (Shi et al., 2011).
• Redes de telecomunicaciones para transmitir los datos detectados (Da Xu et al., 2014).
• Interoperabilidad mediante protocolos estandarizados (Li et al., 2015).

Estos componentes tecnológicos sustentan la funcionalidad básica del IoT y su aplicación versátil en escenarios educativos.

3.- Algunas características de internet de las cosas (IoT)

Las principales características asociada a la internet de las cosas (IoT) son:

• Conectividad: Los dispositivos están conectados a internet para enviar y recibir datos. Esta conectividad permite el monitoreo y control remoto. Se logra mediante redes cableadas, WiFi, Bluetooth, redes celulares 3G/4G/5G, comunicación satelital, etc.
• Sensores y actuadores: Los dispositivos de IoT cuentan con sensores para recolectar información del entorno como temperatura, movimiento, luces, etc. También tienen actuadores que les permiten realizar acciones como abrir una cerradura, encender luces, etc.
• Identificación: Cada objeto conectado requiere un identificador único como por ejemplo una dirección IP para ser diferenciado en la red. La tecnología RFID se utiliza frecuentemente para la identificación.
• Recopilación y análisis de datos: Los datos capturados por los sensores son recopilados, almacenados y analizados utilizando tecnologías como big data y la nube para generar información de valor.
• Interoperabilidad: Para asegurar la compatibilidad entre dispositivos heterogéneos se utilizan protocolos de comunicación estandarizados. Algunos ejemplos son MQTT, XMPP, ZigBee, etc.
• Ubicuidad: El IoT permite la interacción remota con objetos físicos desde cualquier lugar del mundo siempre y cuando haya conexión a internet. Esto lo hace omnipresente (ubicuo).
• Automatización y control remoto: Gracias al IoT se pueden automatizar muchos procesos de forma remota sin necesidad de la participación humana. Esto incluye apagar luces, activar alarmas, abrir puertas, etc.

4.- Ventajas y desventajas de internet de las cosas (IoT)

Dentro de las principales ventajas y desventajas de internet de las cosas (IoT) destacan:

Ventajas:

• Optimización de procesos: Permite automatizar procesos y hacerlos más eficientes mediante la recolección y análisis de datos en tiempo real.
• Ahorro de costos: La automatización de tareas manuales y optimización de procesos deriva en ahorro de costos operativos y de energía.
• Toma de decisiones informadas: Los datos obtenidos del IoT permiten una mejor comprensión de procesos, detección temprana de problemas e identificación de áreas de oportunidad.
• Nuevos modelos de negocio: Habilita oportunidades para nuevos productos, servicios y fuentes de ingresos basados en conectividad y datos.
• Mejor experiencia del usuario: Ofrece a las personas más comodidad, conveniencia, seguridad y acceso a información relevante en tiempo real.

Desventajas:

• Complejidad técnica: Existe una curva de aprendizaje pronunciada para implementar soluciones de IoT y para gestionar infraestructura a gran escala.
• Inversión inicial: Adoptar IoT puede requerir inversiones considerables en dispositivos, conectividad, plataformas de gestión, etc.
• Seguridad: Los dispositivos y redes del IoT pueden ser vulnerables a ataques cibernéticos comprometiendo la privacidad o la seguridad física.
• Compatibilidad: La variedad de protocolos, estándares y arquitecturas representan un reto para lograr plena interoperabilidad entre dispositivos y aplicaciones.
• Escalabilidad: Gestionar grandes volúmenes de datos y millones de puntos finales conectados simultáneamente es todo un desafío técnico.

5.- Ejemplos de aplicaciones de internet de las cosas (IoT) en todo ámbito

Algunos usos generales de internet de las cosas (IoT) pueden ser:

• Domótica en el hogar:
  • Instalando bombillas, enchufes e interruptores inteligentes que se pueden controlar remotamente desde el celular para automatizar la iluminación, electrodomésticos y regulación de temperatura.
  • Sensores de movimiento, humo y fugas de agua conectados para monitorizar la seguridad del hogar.
  • Cerraduras digitales en las puertas para controlar accesos de forma remota o por proximidad.
  • Cámaras de seguridad para vigilar el interior y exterior de la casa estando lejos.
  • Asistentes virtuales como Google Home o Alexa para automatizar acciones con comandos de voz.

• Cuidado personal:
  • Bandas de actividad, relojes inteligentes o wearables para hacer tracking de nuestros signos vitales, actividad física y patrones de sueño.
  • Apps de salud vinculadas a dispositivos para monitorear niveles de glucosa, presión arterial u otras métricas según nuestras necesidades.

• Automatización del trabajo:
  • En la oficina se pueden implementar salas de conferencias con equipos de video, iluminación y audio controlables remotamente por voz o apps móviles.
  • Sensores para hacer seguimiento de inventarios, automatización de almacenes, control de acceso a áreas restringidas y detección temprana de amenazas.

Otros ejemplos de usos:

• Asistentes virtuales (Alexa de Amazon, Google Home, etc.)
• Bombillas y enchufes inteligentes (Philips Hue, TP-Link Tapo, etc.)
• Electrodomésticos inteligentes (refrigeradores Samsung Family Hub, lavadoras LG Smart, etc.)
• Termostatos inteligentes (Ecobee, Nest, etc.)
• Cerraduras digitales para puertas (August Smart Lock, Yale Assure Lock, etc.)
• Detectores de humo y monóxido de carbono inteligentes
• Cámaras de seguridad para hogares (Ring, Eufy, etc.)
• Pulseras cuantificadoras de actividad y relojes inteligentes (Fitbit, Xiaomi Mi Band, Apple Watch, etc.)
• Apps de seguimiento de salud y bienestar (Apple Health, Google Fit, etc.)
• Televisores inteligentes conectados a internet (Samsung Smart TV, Android TV, Amazon Fire TV, etc.)
• Altavoces inteligentes para escuchar música (Amazon Echo, Apple HomePod, Google Nest Audio etc.)
• Sistemas de domótica para la automatización del hogar
• Electrodomésticos y accesorios para cocinas conectadas
• Computadoras y dispositivos personales conectados (laptops, smartphones y tablets)
• Automatización de la iluminación en oficinas y espacios de trabajo.

6.- Aplicaciones de internet de las cosas (IoT) en educación

El Internet de las Cosas (IoT) tiene múltiples aplicaciones en el campo de la educación. Algunas formas cómo usar el IoT para mejorar los procesos de enseñanza y aprendizaje son:

• Monitorización de ambientes de aprendizaje: Se pueden utilizar sensores IoT para vigilar en tiempo real aspectos como la temperatura, la humedad o los niveles de CO2 en las aulas. Esto permite optimizar las condiciones ambientales para que sean propicias para los estudiantes.
• Dispositivos vestibles para análisis de datos: Mediante pulseras, relojes o badges con sensores, se pueden registrar datos biométricos de los alumnos o aspects de su desempeño durante las actividades de aprendizaje. Estos datos recopilados sirven para hacer análisis y personalizar la enseñanza.
• Objetos aumentados con información digital: Etiquetando los recursos educativos con códigos QR o balizas NFC, se puede proveer información adicional al apuntar la cámara de un smartphone o tablet. Esto hace las clases más interactivas.
• Pizarrones digitales conectados: Permiten controlar remotamente lo que el profesor proyecta en el pizarrón desde los dispositivos de los estudiantes, facilitando su participación e interacción durante la clase.
• Kits de robótica y laboratorios remotos: Los estudiantes pueden construir robots u otros dispositivos conectados a internet para poner en práctica sus conocimientos de programación, electrónica y otras materias de forma práctica.
• Seguimiento de asistencia y ubicación: Con lectores RFID o GPS se puede hacer un registro de la asistencia y la ubicación de los estudiantes, profesores y del equipamiento.

• Sistemas de alerta en casos de emergencia: Se pueden implementar sensores y dispositivos móviles conectados para detectar amenazas en los campus educativos y así enviar notificaciones de alerta oportunas a los estudiantes y personal autorizado.
• Impresión 3D conectada: Las impresoras 3D con wifi permiten a los estudiantes crear diseños e imprimirlos de forma remota. Así podrían compartir proyectos entre clases o incluso entre escuelas, beneficiando el trabajo colaborativo.
• Bibliotecas inteligentes: Con estaciones de autogestión, los estudiantes pueden buscar, solicitar y devolver libros electrónicos y físicos de forma rápida. También se facilita el control de inventario y la logística interna de la biblioteca.
• Sistemas de irrigación automática en zonas verdes: Mediante una red de sensores y actuadores, se puede monitorear y regular de forma autónoma el riego de espacios como huertas, jardines y canchas deportivas dentro de las escuelas, ayudando a hacer un uso más responsable del agua.
• Estas ideas apuntan a brindar a las instituciones educativas más eficiencia en sus procesos y recursos, así como habilitar nuevos escenarios de aprendizaje para los estudiantes, aprovechando la conectividad y la información en tiempo real que provee el Internet de las Cosas.

7.- Como se puede implementar internet de las cosas (IoT) en una institución educativa

Una institución educativa puede implementar internet de las cosas (IoT) de la siguiente manera:

• Realizar pruebas piloto de la tecnología: Empezar con proyectos pequeños, de bajo costo y con metas específicas permite validar los conceptos, construir casos de negocio sólidos y sentar las bases para expansión futura.
• Capacitar al personal en el uso de IoT: Se deben realizar talleres, tutoriales y sesiones prácticas con los profesores, personal administrativo y de soporte técnico para que conozcan a profundidad las soluciones de IoT y su aplicación educativa.
• Vincular IoT al currículo académico
• Incorporar las habilidades técnicas relacionadas a IoT en los programas educativos, por ejemplo: redes de sensores, análisis de datos, programación, seguridad informática, inteligencia artificial.
• Fomentar proyectos estudiantiles con IoT: Apoyar a los estudiantes en la conceptualización y desarrollo de ideas innovadoras de IoT que mejoren algún aspecto del entorno educativo, con opciones de financiamiento y mentorías.
• Evaluar continuamente resultados e impactos: Realizar encuestas a estudiantes y personal sobre su experiencia con las soluciones IoT, y monitorear métricas claves de aprendizaje y operación para tomar decisiones informadas sobre donde escalar o ajustar.
• Compartir los aprendizajes con otras instituciones: Documentar casos de éxito y lecciones aprendidas en implementaciones de IoT, para orientar a otras escuelas y universidades interesadas en esta tecnología.

Una institución educativa podría implementar Internet de las Cosas (IoT) en varias áreas clave:

• Infraestructura: Instalación de sensores inalámbricos para monitorear el rendimiento de tareas como el consumo de energía, niveles de ruido, temperatura, entre otros. Esto ayuda a crear ambientes de aprendizajes más eficientes y cómodos.
• Gestión del campus: Uso de tags RFID en activos institucionales como mobiliario, equipos electrónicos, libros, entre otros para monitorear su ubicación y estado en tiempo real.
• Sistemas de acceso con identificación estudiantil basado en IoT para campus inteligentes.
• Estrategias de enseñanza: Uso de dispositivos vestibles para obtener información en tiempo real sobre las constantes de los estudiantes durante actividades deportivas o al aire libre.
• Creación de ambientes de realidad aumentada y objetos conectados a internet para mejorar el aprendizaje experiencial.
• Comunicación: Implementación de apps educativas compatibles con IoT para promover la interacción estudiante-profesor fuera de clase.
• Red de pantallas digitales interconectadas para entrega efectiva de información al campus.
• La implementación de estas y otras iniciativas de IoT en estrategia integral y alineada al plan educativo de la institución puede ayudar a mejorar la experiencia y el desempeño de estudiantes y profesores

Algunos otros ejemplos de acciones concretas:

• Automatización de la infraestructura escolar
• Sistemas de iluminación inteligente para optimizar el consumo energético
• Sistemas de seguridad con cámaras y cerraduras conectadas
• Gestión remota de la temperatura y ventilación de los espacios
• Detección de fugas, incendios u otras emergencias
• Uso de wearables y dispositivos móviles
• Pulseras con sensores para registrar la actividad física en educación deportiva
• Apps vinculadas a redes de sensores para experimentos científicos
• Tabletas y teléfonos conectados en proyectos colaborativos
• Ambientes de aprendizaje interactivos
• Pizarras digitales y proyectores controlables de forma remota
• Objetos aumentados con información digital mediante realidad aumentada
• Impresoras 3D, cortadoras láser y kits de robótica conectados
• Análisis de datos
• Registro de asistencia mediante lectores de tarjetas RFID
• Sensores ambientales para vigilar condiciones de salones de clase
• Identificación de patrones para crear estrategias educativas personalizadas
• La implementación debe realizarse de forma progresiva, probando primero casos de uso específicos y evaluando el impacto en el aprendizaje de los estudiantes.

Es importante capacitar a los equipos en el uso de estas tecnologías dentro del currículo escolar para sacar el máximo potencial al servicio del aprendizaje.

8.- ¿Cómo podemos familiarizarnos con internet de las cosas (IoT)?

Existen varias maneras en que podemos introducirnos al de internet de las cosas (IoT):

• Conoce casos de uso cotidianos: Algunos ejemplos son las bombillas inteligentes, los asistentes virtuales (Alexa, Google Home), wearables (relojes inteligentes), electrodomésticos conectados, etc. Explora sus capacidades e identifica beneficios.
• Configura dispositivos inteligentes en casa: Comienza con un asistente de voz, sensores de puertas/ventanas o interruptores inteligentes para automatizar luces. Instálalos y prueba sus funciones de forma práctica día a día.
• Investiga sobre tecnologías habilitadoras: Aprende conceptos como sistemas embebidos, identificación por radiofrecuencia, protocolos IoT, redes de sensores inalámbricos, plataformas de gestión. Existen cursos gratuitos online.
• Desarrolla proyectos de hardware sencillos: Usa placas como Arduino o Raspberry Pi para crear pequeños circuitos que interactúen con sensores y le permitan conectarse para enviar y mostrar datos.
• Explora aplicaciones para gestionar dispositivos IoT: Prueba apps en tu smartphone o panel web para controlar productos comerciales compatibles con internet de las cosas que tengas implementados.
• Asiste a charlas o eventos abiertos sobre IoT: Mantente actualizado en últimas tendencias e innovaciones mediante seminarios locales, conferencias en línea o cursos de introducción al tema.

9.- Ejemplos educativos de internet de las cosas (IoT)

Compartirnos algunos ejemplos prácticos de internet de las cosas aplicadas a educación (Iot):

• Monitorización de condiciones ambientales en las aulas (temperatura, sonido, luminosidad) para optimizar el entorno de aprendizaje.
• Identificación por RFID (RFID son las siglas en inglés de «Radio Frequency Identification» que traducido al español significa Identificación por Radiofrecuencia. Se trata de una tecnología que permite la identificación remota de objetos u personas de manera automática haciendo uso de dispositivos emisores y receptores de ondas de radiofrecuencia) para control de asistencia y acceso a instalaciones de estudiantes y profesores.
• Wearables y sensores biométricos para recopilar datos en tiempo real sobre el desempeño físico de los alumnos en deportes.
• Drones y rovers teledirigidos en asignaturas STEM para experimentación remota con vehículos aéreos y terrestres.
• Impresoras y máquinas de control numérico conectadas en red para clases de diseño e ingeniería.
• Kits de robótica modulares conectados entre sí y a internet para promover el aprendizaje de programación.
• Realidad aumentada mediante apps conectadas a información en la nube para experiencias inmersivas multi-sensoriales.
• Redes inalámbricas de sensores para capturar datos experimentales en biología, química y física.
• Bibliotecas digitales con recursos interconectados y acceso mediante etiquetas RFID para promover la lectura.
• Despliegue de información relevante para estudiantes en pantallas inteligentes ubicadas en puntos estratégicos del campus.

10.- Conclusiones en torno a internet de las cosas (IoT) aplicada a la educación

El Internet de las Cosas (IoT) ofrece un gran potencial para mejorar la calidad y experiencia educativa mediante la interconexión digital de objetos, infraestructura y procesos de las instituciones de enseñanza. Uno de sus primeros impactos será en la gestión eficiente de recursos.

La instrumentación de sensores y dispositivos inalámbricos para monitorear en tiempo real aspectos como el consumo energético, la ocupación de espacios, el desempeño de equipos, entre muchos otros indicadores clave, facilitará la toma informada de decisiones. Así se optimizará de manera dinámica la operación física en respuesta a las necesidades específicas y cambiantes de las comunidades educativas. Esto se traducirá en experiencias más personalizadas para los estudiantes y en ahorros operativos para las instituciones.

De igual forma, el IoT expandirá el abanico pedagógico, trascendiendo los modelos unidireccionales basados solo en pizarrones y presentaciones digitales. La clase tradicional ahora podrá enriquecerse con objetos aumentados mediante realidad aumentada, conectividad con laboratorios remotos, simuladores virtuales, espacios de fabricación digital y un sinfín de recursos didácticos que antes no eran posibles. Así, el IoT posibilita un aprendizaje más intuitivo, práctico, flexible y ajustado precisamente a cómo percibe el mundo y procesa información la generación actual de jóvenes nativos digitales. Ellos son sin duda los grandes beneficiados.

Referencias:

• Bers, M.U., Seddighin, S., & Sullivan, A. (2013). Ready for robotics: Bringing together the T and E of STEM in early childhood teacher education. Journal of Technology and Teacher Education, 21(3), 355-377.
• Lee, J. & Doh, S. (2012). Effects of off-the-shelf-based virtual reality intervention program on amygdala volume changes in adolescents with autism spectrum disorders: A single blind randomized controlled trial. Autism Research and Treatment.
• Kelloor, G. P., Lewis, T., Hernández-Muñoz, J. M., Fernández, N., Chong, H. M., Mulvenna, M., … & Goulding, J. (2019). Internet of things for smart healthcare: Technologies, challenges, and opportunities. IEEE Access, 7, 152822-152844.

Nota: Imágenes creadas con inteligencia artificial. Esta entrada la hemos generado con apoyo de inteligencia artificial.