Tehnologiile digitale de realitate extinsă (XR) și noile perspective în educație, știință și societate

Articol de Eden Mamut, prof. univ. dr. ing. Universitatea “Ovidius” din Constanța

Dezvoltarea fără precedent a tehnologiilor digitale de realitate extinsă (XR) au fost impulsionate de contextul asociat pandemiei COVID 19 și în ultimii ani se constată că adoptarea pe scară largă a acestora, acoperind tehnologiile de realitatea virtuală (VR), realitatea augmentată (AR) și realitatea mixtă (MR) – transformă cu o viteză fără precedent peisajul educațional cu reverberații în cercetarea științifică și alte domenii care se bazează pe interacțiunea om-mașină.

La Universitatea ”Ovidius” din Constanța, în cadrul Institutului pentru Nanotehnologii și Surse Alternative de Energie, s-a conturat un nucleu de cercetare care a început primele activități în acest domeniu de la proiectarea asistată de calculator, modelarea și simularea proceselor inginerești. În urmă cu 2 decenii am stabilit un parteneriat strategic cu PTC și Rand Corporation care a permis accesul la cele mai avansate platforme de achiziție și procesare a datelor de tip IoT precum și cele de realitate augmentată (AR), iar extensia către VR și MR a venit în mod firesc, pe măsura dezvoltării unor proiecte din ce în ce mai ambițioase. Astfel, proiectul Ovidius Cyber Cloud[1] a permis realizarea unui centru de date modern, care asigură necesarul de capacitate de procesare și de înmagazinare a datelor, dar și conectarea la rețelele naționale și europene de calcul în cloud și de calcul de înaltă performanță (High Performance Computing – HPC). În proiectele MultiScale[2] și EITRM-OUC[3] au fost dezvoltate și validate procedurile de modelare, simulare, achiziția și procesare a datelor în proiecte de modelare multiscalară și multifizică în sisteme energetice avansate integrând nanomateriale și nanotehnologii. Iar în proiectul Act4D-eutrophication care este implementat de colectivul constănțean sub egida Centrului Național de Competență pentru Adaptare la Schimbările Climatice – DTEClimate[4], se dezvoltă modele complexe pentru prognoza comportamentului unor sisteme naturale complexe, cum ar fi lacul Siutghiol din Constanța, ca efect al schimbărilor climatice și formularea de soluții inginerești pentru creșterea rezilienței și propunerea de măsuri de adaptare a comunităților din vecinătatea unor astfel de sisteme. În acest scop, se află în faze avansate de realizare sisteme de monitorizare de tip Digital Twin care integrează aplicații de VR, AR și MR.

În paralel, s-a acordat o atenție deosebită integrării tehnologiilor XR în activitățile didactice. În cadrul proiectului UPTAKERS[5], s-au conceput arhitecturile infrastructurilor necesare pentru integrarea tehnologiilor XR în procesele de predare de la programele de Ingineria Autovehiculelor Rutiere și Energetică Industrială derulate de Facultatea de Inginerie Mecanică, Industrială și Maritimă.

Proiectul este finanțat de Comisia Europeană și este coordonat de colectivul de la Universitatea ”Ovidius” din Constanța. La proiect participă universități din Italia, Spania, Egipt, Iordania și Tunisia.

Rezultatele preliminare obținute până în prezent au scos în evidență faptul că tehnologiile XR fac învățarea mai interactivă și mai captivantă din punct de vedere vizual. Studenții pot explora evenimente din diferite perioade care pot fi reluate de câte ori doresc, pot efectua experimente științifice virtuale sau pot vizita locații îndepărtate fără a părăsi sala de curs, ceea ce duce la o înțelegere și reținere mai profundă a cunoștințelor.

De asemenea, s-a constatat că mediile imersive încurajează o mai mare motivație și participare a studenților în procesul didactic, făcând posibil ca anumite concepte abstracte sau complexe să fie tangibile. De exemplu, în cazul unui curs de motoare cu ardere internă, studenții pot experimenta o serie de activități care sunt foarte dificil de realizat într-un proces clasic de predare, cum ar fi să studieze în detaliu fiecare componentă, să monteze singur piesele și să repete diferite operații fără a fi în pericol de accidentare sau să deterioreze agregate deosebit de scumpe.

Simulările de procese și sisteme din lumea reală combinate cu posibilitățile oferite prin tehnologiile XR permit simulări realiste pentru dezvoltarea abilităților în domenii precum ingineria, arhitectura sau medicina. De exemplu, studenții de la programele de studii în inginerie pot efectua intervenții individuale sau de grup pentru montajul, diagnoza, întreținerea sau repararea unor agregate complexe cum ar fi turbine cu gaze sau eoliene folosind medii simulate.

Aceste simulări reduc decalajul dintre teorie și practică, pregătind studenții pentru provocările din lumea reală într-un cadru sigur și repetitiv.

În cadrul activitaților derulate până în prezent, au fost evidențiate oportunitățile de învățare personalizată și inclusivă pentru studenți. Platformele XR testate și care integrează modele de inteligență artificială permit adaptarea conținutului și a modurilor de învățare la nevoile individuale ale studenților, sprijinind instruirea diferențiată adaptată la diferite stiluri și ritmuri de învățare, asigurând o accesibilitate și o incluziune mai largă pentru diverși cursanți.

Pe plan național, colectivul de la Universitatea ”Ovidius” din Constanța dezvoltă colaborări în domeniul tehnologiilor XR cu următoarele colective:

• Universitatea Națională de Știință și Tehnologie POLITEHNICA București, Grupul de Grafică și Realitate Virtuală, Facultatea de Automatică și Calculatoare, Prof. Dr. Ing. Alin Moldoveanu, Prof. Dr. Ing. Irina Mocanu Prof. Dr. Ing. Anca Morar, Conf. Dr. Ing. Victor Asavei, Conf. Dr. Oana Mitruț;
• Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Informatică – ICI București, Laboratorul de Realitate Extinsă, Coordonator CS II Dr. Ionuț Petre;
• Universitatea Națională de Artă Teatrală și Cinematografică “I.L. Caragiale”, Centrul Internațional de Cercetare și Educație în Tehnologii Inovativ Creative, CINETic, Dl Ciprian Făcăeru;
• Universitatea de Medicină și Farmacie “Carol Davila” din București, Centrul de Inovație și e-Health, CieH, Conf. Univ. Dr. Alexandru Scafa-Udriște;
• Centrul de Formare a Personalului Didactic, Inspectoratul Școlar București, Liceul cu Program Sportiv ”Mircea Eliade”, Ing. Ionel Selea;
• Universitatea de Arhitectură și Urbanism „Ion Mincu”, Conf. Univ. Dr. Andreea Iosif.

Pe plan internațional, colectivul de la Constanța, a inițiat un parteneriat strategic cu Universitatea de Stat din Arizona și cu compania DreamScape Learn. În baza acestui parteneriat, s-au desfășurat două sesiuni de schimb de bune practici și vizite în facilitățile realizate în campusul din Tempe, Phoenix al Universității de Stat din Arizona pentru derularea de activități didactice folosind tehnologii de realitate virtuală.

Au fost evaluate rezultatele obținute și metodele de integrare în actul didactic a modelelor și abordărilor de realitate virtuală pentru discipline, cum ar fi chimie, biologie sau științele mediului.

În prezent, colectivul de cercetători și cadre didactice de la universitatea constănțeană, în parteneriat cu colectivele din cadrul proiectului UPTAKERS definitivează structura de referință a dotărilor pentru laboratoare, metodologiile de revizuire și actualizare a cursurilor, precum și tehnicile de predare și evaluare a cursurilor și a activităților de seminar și laborator folosind metode de predare și învățare cu ajutorul tehnologiilor de realitate extinsă.

---

[1] Proiect „Cercetări asupra dezvoltării de materiale avansate şi optimizare multiscalară prin integrarea materialelor nano-structurate în sisteme energetice avansateunui Centru de Date de tip Cloud OCC”, Programul Operaţional Competitivitate 2014 – 2020, Axa prioritara: 1, Prioritatea de investiție: P1 1a), Cod SMIS: 124984;

 [2] Proiect ”Cercetări asupra dezvoltării de materiale avansate şi optimizare multiscalară prin integrarea materialelor nano-structurate în sisteme energetice avansate”, Programul Operaţional Competitivitate 2014 – 2020, Axa prioritara: 1, Prioritatea de investiție: P1 1b, Cod SMIS: 105531;

 [3] “Proiect de cercetare-dezvoltare-inovare cu măsuri suport pentru consolidarea participării la EIT Raw Materials-EITRM-OUC”,  Programul Operaţional Competitivitate 2014 – 2020, Axa prioritara: 1, Actiunea 1.1.3, Cod SMIS: 108048;

[4] ”Competence Center for Climate Change Digital Twin for Earth Forecasts and Societal Redressment”, acronim DTE Climate, Acord de Grant nr. 760008/30.12.2022, cod 7/ 16.11.2022, PNRR/2022/C9/MCID/I5.

[5] „UPTAKERS – Upgrading Academic Skills and Innovative Capacities trough Virtualy Enclusive Hybrid Studios, Acord de Grant nr. 101179167— UPTAKERS — ERASMUS-EDU-2024-CBHE.