En una planta industrial, un estudiante de ingeniería diseña, modifica y valida una máquina extrusora de fibra —capaz de dar forma a materiales al forzarlos a pasar por una boquilla o molde— con la intención de presentar su propuesta directamente a la dirección general de la empresa.
Podría ser un escenario de la vida real, pero esta fábrica existe en un espacio virtual y su CEO es un avatar experto en negocios que fue creado con Inteligencia Artificial. A través de esta simulación, en un ambiente digital, el alumno aprende de manera técnica sobre manufactura avanzada y creación de productos, y adquiere habilidades blandas, como comunicación efectiva y toma de decisiones estratégicas.
En eso consiste el VR FrED Laboratory Powered by Large Language Models, un proyecto sobre un entorno de aprendizaje inmersivo desarrollado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) y del Tec de Monterrey que aprovecha tecnologías avanzadas como realidad virtual e IA, así como de estrategias de gamificación.
Pedro Ponce, investigador del Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing (IAMSM) del Tec, platica que este laboratorio virtual es un proyecto que combina investigación, educación y aplicación industrial.
El espacio tiene un enfoque de personalización en el aprendizaje porque, a partir de un cuestionario inicial, los contenidos se ajustan a las necesidades y características de los estudiantes.
Además, la plataforma no da una calificación como tal, sino que cuenta con un sistema de logros y recompensas —similar al de apps como Duolingo— para generar motivación y dependiendo el nivel del aprendizaje que haya adquirido. Estas distinciones se pueden compartir como logros en redes sociales.
“Este laboratorio se adapta a tu personalidad y tus características”, dice Ponce, “lo que pretendemos —en cuestiones del aprendizaje— es que el estudiante se sienta en un espacio libre de conocimiento, que no lo esté vigilando un gráfico de su progreso todo el tiempo”.
El laboratorio virtual de manufactura avanzada
El espacio virtual funciona como una simulación de una planta industrial: con estaciones de trabajo y líneas de producción con brazos robóticos, que los estudiantes pueden recorrer para interactuar con la maquinaria y ajustar variables que impactan en el funcionamiento de la fábrica y de la cadena de suministro. Es decir, simulan el proceso, recopilan datos operativos y los usan para optimizar la línea de producción.
La experiencia contempla las diferentes fases del desarrollo de un producto: desde que nace como una idea, la simulación técnica, su evaluación económica y su validación, tomando en cuenta aspectos como el suministro de materia prima, gestión de residuos o de logística. En su aprendizaje, los alumnos usan algoritmos que tienen que ver con mejoras en las fábricas, por ejemplo, para optimización de procesos de manufactura o para evaluar las condiciones de la maquinaria, como tiempo de vida útil y rendimiento.
En este proyecto, se implementó la versión digital de FrED (Fiber Extrusion Device), un dispositivo educativo y mecatrónico que fue desarrollado por el MIT como un programa que combina teoría y práctica para el aprendizaje en análisis de datos, sistemas de control y fabricación inteligente. Es el producto base para experimentar, desensamblar y modificar virtualmente sus componentes, rediseñar y validar propuestas técnicas y comerciales.
“FrED es el elemento principal del laboratorio, un extrusor didáctico que se explica a sí mismo: te muestra sus partes, cómo funciona, cómo está programado y por qué se eligieron ciertos componentes”, agrega.
Este dispositivo fue seleccionado por los investigadores porque representa el trabajo en manufactura avanzada que hacen el MIT y el Tec, pero el laboratorio se puede modificar para simular el desarrollo de cualquier tipo de producto y las habilidades que desarrollan los estudiantes son útiles para otros sistemas, equipos y procesos industriales.
Presentar un proyecto frente avatares de IA
La planta también se diseñó con salas donde los usuarios pueden interactuar con avatares expertos con diferentes tipos de perfiles que van desde asesores técnicos, ingenieros y hasta un CEO virtual.
Esa es una característica que distingue a este laboratorio virtual de otros, afirma Ponce, el uso de modelos de lenguaje grandes (LLM) para que los usuarios reciban retroalimentación en tiempo real sobre sus propuestas de manera natural, coherente y especializada, como si lo hicieran ante profesionales en el mundo real.
Los avatares son entrenados, con información especializada, en diversas áreas de la cadena de suministro, como ingeniería de control, mecánica, sistemas digitales y perfiles empresariales. Estos simulan el comportamiento de estos expertos y funcionan como mentores para el estudiante durante todo el proceso del aprendizaje, brindando consejos y guías, pero sin resolverlo todo, para que sea él mismo quien construya sus propias soluciones.
La interacción con estos expertos virtuales se puede realizar a través de texto y por voz, dependiendo de las capacidades del dispositivo que utiliza el usuario para interactuar con la plataforma —ya sea un visor de realidad virtual, tablet o celular— y, también, de la configuración del laboratorio.
“Empiezas a entender cómo funciona un dispositivo y luego vas con el experto de cada área, hasta que llegas a una propuesta que ya tiene sentido técnicamente”, comenta, “luego tienes al CEO, que es experto en el área técnico-comercial y de lanzamiento de producto; allí es como presentar tu proyecto ante un ‘Shark Tank’, hay que hacer el pitch de tu propuesta y convencerlo para que apruebe su viabilidad”.
Además, los avatares se pueden personalizar con base en diferentes culturas y contextos regionales, por ejemplo, un CEO con perfil asiático, norteamericano o sudamericano, para que los usuarios experimenten diferentes maneras de negociar con ellos. El número de mentores digitales y sus perfiles se pueden ajustar a las necesidades del curso o simulación, como asesores en legislación y normativas, emprendimiento, sustentabilidad y economía circular, entre otros.
Colaboración internacional entre el Tec y MIT
Ponce platica que la idea de crear el laboratorio virtual surgió mientras realizaba una estancia de investigación en el área de manufactura avanzada del MIT. Esa institución aportó ideas, validación y desarrollo tecnológico para llevar a cabo el proyecto, además, hubo apertura para que se pudiera adaptar y modificar libremente en el Tec.
En el desarrollo científico y tecnológico de este proyecto participan investigadores de ambas instituciones como Brian Anthony y Russel Bradley del MIT y el equipo FrED; Joan Guerrero, Isabel Méndez y Omar Mata, del Institute of Advanced Materials and Sustainable Manufacturing y la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec.
“Esto solo se logra con la colaboración entre pares académicos de otras universidades. Se acelera el intercambio de ideas y se ven distintas formas de atacar un problema”, considera Ponce. Este proyecto de investigación también se lleva a cabo con el apoyo de Adriana Vargas quien lidera la alianza de cooperación entre ambas instituciones.
Actualmente, el laboratorio virtual ya cuenta con una versión funcional que fue probada por algunos estudiantes —con una buena recepción— y se encuentra en la fase de validación de elementos como la interacción con avatares, personalización y simulación de la fábrica, entre otros. El equipo planea realizar una prueba piloto del proyecto en un aula completa y comparar su impacto entre estudiantes que lo usen y los que no.
Uno de los objetivos es que la plataforma pueda utilizarse desde cualquier dispositivo, que esté disponible en todo momento y que su uso no sea exclusivo para la ingeniería, sino que se pueda adaptar a cualquier área del conocimiento, ya sea en el ámbito académico o en el profesional.
En su evolución, también se prevé su traslado hacia ambientes industriales a través del concepto de gemelos digitales. Es decir, que se puedan validar procesos o productos en una réplica virtual de una fábrica, antes de implementarlos en el mundo real.
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