INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

La “Bioingeniería” es una disciplina, en la que los principios, técnicas y tecnologías de la Ingeniería se aplican a la resolución de problemas ligados a las Ciencias de la Salud. En su acepción más general incluye aplicaciones en Biología, Farmacia y todas las Ciencias de la Salud, pero en relación con la Ingeniería Industrial, las aplicaciones suelen estar más ligadas a la Medicina y Cirugía e íntimamente relacionadas con el desarrollo de dispositivos médicos o productos sanitarios, a los que también nos referiremos como “bioingenios”. Combina la experiencia de ingenieros en el diseño y desarrollo de productos adecuados a la solución de un problema, generalmente diagnóstico o terapéutico, junto con la experiencia de médicos y científicos de la salud en la mejora de la salud y calidad de vida de los pacientes.

Puesto que la formación multidisciplinar de los Ingenieros Industriales les aporta unos conocimientos, destrezas y visión de conjunto claves para liderar proyectos en un área con tantas facetas como la Bioingeniería, creemos que dichas características del Ingeniero Industrial deben aprovecharse y potenciarse mediante la incorporación de ciertas actuaciones específicas a los nuevos planes de estudio, en las que los estudiantes tengan un primer contacto con dicha área. Pensamos que la implementación de experiencias de aprendizaje basado en proyectos, en las que los alumnos puedan vivir el proceso completo de desarrollo de un dispositivo médico o “bioingenio”, constituye la mejor opción para ello y puede ser un excelente complemento para el futuro Máster en Ingeniería Industrial de la UPM.

Las tres unidades docentes que planteamos el presente proyecto contamos con una experiencia docente e investigadora de más de 25 años en asignaturas y proyectos ligados a la Bioingeniería y al desarrollo de dispositivos médicos y “bioingenios” (ver líneas de actuación asociadas a los siguientes grupos y laboratorios: Grupo de Investigación en Ingeniería de Máquinas, Grupo de Investigación en Mecánica de Fluidos aplicada a la Ingeniería Industrial, Laboratorio de Desarrollo de Productos, Laboratorio de Máquinas y Mecanismos, Laboratorio Docente de Elasticidad y Resistencia de Materiales, Laboratorio de Mecánica de Fluidos).

Además participamos en el Máster de Ingeniería Biomédica de la UPM desde sus inicios con asignaturas sobre “Biomecánica”, “Biomecánica de los implantes y sustituciones protésicas. Ergonomía” y “Fluido-mecánica del flujo sanguíneo”, así como en el Máster Universitario en Ingeniería Mecánica de la ETSII-UPM con la asignatura “Bioingeniería”, asignaturas que se verán también potenciadas en base a las colaboraciones y experiencias fruto del presente proyecto.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

Los objetivos principales del presente proyecto de innovación educativa “BIOINGENIA: Aprendizaje basado en proyectos de Bioingeniería” son:

• Potenciar la colaboración entre unidades docentes de la ETSII con una importante trayectoria docente e investigadora en el campo de la Bioingeneiría, mediante la implementación de actividades de aprendizaje basado en proyectos ligados al desarrollo de “bioingenios” para fomentar la formación integral de los alumnos en este campo
• Realizar un estudio piloto, en el que grupos de alumnos diseñen, fabriquen y prueben diferentes dispositivos médicos o “bioingenios”, que permita preparar una asignatura para el futuro Máster de Ingeniería Industrial de la ETSII, en el marco de la iniciativa “Industriales Ingenia”, para dotar de continuidad a esta colaboración entre unidades docentes y completar la oferta formativa del futuro Máster en Ingeniería Industrial con aspectos relevantes sobre Bioingeniería.

 En el camino hacia el cumplimiento de dichos objetivos fundamentales, se alcanzarán también los siguientes objetivos parciales:

• Selección de dispositivos médicos, biodispositivos o “bioingenios”que aborden problemas suficientemente complejos, orientados a mejoras diagnósticas o terapéuticas ligadas a patologías concretas, a lo largo de cuyo desarrollo los alumnos puedan aplicar conocimientos y destrezas adquiridos en las lecciones y sesiones prácticas impartidas por las distintas unidades docentes.
• Implementación de bancos de ensayo y maquetas de prácticasque permitan a los alumnos adquirir, en diferentes sesiones prácticas, destrezas que posteriormente resultarán decisivas de cara a probar los prototipos de los distintos “bioingenios” y a validar los diseños realizados. Es importante citar la implementación de prácticas sobre: caracterización de biomateriales, bioestructuras y biodispositivos, cinemática y cinética articular, comportamiento reológico de fluidos biológicos, modelos circulatorios, simulación de la interacción flujo sanguíneo – implantes, evaluación de ergonomía, simulación de biomecanismos y reconstrucción de movimientos, entre otros.
• Elaboración de una base de datossobre patentes ligadas a dichos dispositivos médicos o “bioingenios” que puedan servir como punto de partida, a modo de “diseño conceptual”, para que los alumnos acometan el diseño, simulación, fabricación y validación mediante prototipos de sus “bioingenios”.
• Elaboración de tutorialespara que los alumnos puedan practicar, profundizar, recordar y recurrir (incluso en su futuro profesional) a las distintas herramientas de diseño y simulación utilizadas como apoyo al proceso de desarrollo de los “bioingenios”.
• Establecimiento de un sistema de evaluación de la experienciaque incluya valoración de la adquisición por parte de los alumnos de competencias profesionales y genéricas, incluyendo: manejo de herramientas CAD-CAE y de simulación, capacidad para el diseño y realización de experimentos, capacidad de trabajo en un entorno industrial con marcado carácter normativo, conocimiento del entorno industrial y ética profesional, capacidad para el pensamiento creativo y para la realización de diseños innovadores, gestión de la innovación y de la propiedad intelectual, capacidad para el autoaprendizaje y para el aprendizaje a lo largo de la vida.  

Los objetivos planteados están íntimamente relacionados con los objetivos de la presente Convocatoria Interna de la ETSII de cara a la “Convocatoria UPM 2012 de Ayudas a la innovación educativa y la mejora de la calidad de la enseñanza”, en concreto con los objetivos:

• OBJ 1.- Puesto que los alumnos van a vivir el proceso completo de desarrollo (desde la fase de diseño, hasta las pruebas pre-producción sobre prototipos) de diferentes dispositivos médicos o “bioingenios”, en lo que constituye una experiencia de aprendizaje basada en proyectos, claramente orientada a potenciar el aprendizaje activo.
• OBJ 7.- Ya que al tratarse de proyectos claramente multidisciplinares y complejos, se promociona la interdependencia positiva entre los alumnos, así como el pensamiento creativo, la capacidad de trabajo en entornos industriales, la capacidad de autoaprendizaje, entre otras competencias profesionales y transversales que serán convenientemente evaluadas.
• OBJ 8.- Puesto que los alumnos recurrirán al empleo de múltiples tecnologías avanzadas de diseño y fabricación, como apoyo al desarrollo de sus proyectos de “bioingenios”, recurriendo en ocasiones a información adicional disponible a través de plataformas e-learning / b-learning.
• OBJ 9.- Ya que se van a desarrollar diversos tutoriales para manejo de diferentes tecnologías y distintos manuales de prácticas como apoyo a la utilización de bancos de ensayo y maquetas, que estarán a disposición de los alumnos para intentar que sean más activos en el proceso de aprendizaje autodirigido.
• OBJ 10.- Definición de la asignatura “BIOINGENIA” incorporable al Máster en Ingeniería Industrial en el marco de la iniciativa “Industriales Ingenia”.

El presente proyecto de innovación educativa “BIOINGENIA: Aprendizaje basado en proyectos de Bioingeniería”, plantea los siguientes hitos principales: 

A) Selección de “bioingenios”, que sirvan de enunciado para las experiencias de aprendizaje basado en proyectos a realizar por parte de los alumnos. Se seleccionarán entre dispositivos implantables, dispositivos extracorpóreos, sistemas para diagnóstico o ayudas ortopédicas, según muestra la imagen adjunta a modo de ejemplo. Periodo Septiembre 2012-Diciembre 2012.

B) Elaboración de 3 casos de estudio, que sirvan de ejemplo a los alumnos del estudio piloto y a los futuros alumnos de la iniciativa “Industriales Ingenia”. Con ayuda de los becarios de apoyo (que vivirán el proceso como los propios alumnos a los que se orienta la experiencia) se realizará el desarrollo completo de 3 dispositivos médicos o “bioingenios” que aborden un problema complejo y multidisciplinar. Periodo Septiembre 2012-Enero 2013.

C) Realización de estudio piloto con 16 alumnos que colaboren en el desarrollo de 8 dispositivos médicos o “bioingenios”. Dicho estudio se realizará con los alumnos de la asignatura “Bioingeniería” del Máster Universitario en Ingeniería Mecánica, que además realizarán sesiones prácticas en los laboratorios de las distintas unidades docentes, para validar las sesiones prácticas también implementadas y la adecuación de los distintos bancos de ensayo a la realización de pruebas in vitro de biodispositivos. Periodo Febrero 2013-Junio 2013.

D) Implementación de sesiones prácticas y bancos de ensayo de apoyo para que los alumnos adquieran destrezas necesarias para sus proyectos y para las pruebas finales de los prototipos de sus biodispositivos. Periodo Septiembre 2012-Abril 2013.

E) Valoración de la experiencia y adecuación a Industriales Ingenia: Definición de la asignatura “BIOINGENIA”. Periodo Febrero 2013-Julio 2013.

EVALUACIÓN

Los alumnos participantes en las experiencias de aprendizaje basado en proyectos propuestas serán evaluados fundamentalmente en base a los resultados de los proyectos de desarrollo de bioingenios, en los que podrán integrar los conceptos adquiridos a lo largo de las distintas asignaturas, sesiones teóricas y sesiones prácticas planteadas. Como complemento para aspectos específicos y para registrar la evolución de su aprendizaje y de la progresiva adquisición de competencias, se realizarán tests, trabajos de apoyo y entregas puntuales en las sesiones teórico-prácticas. La calidad final de los trabajos presentados será evaluada por los distintos profesores participantes y se comparará con resultados de años previos, en los que no había colaboración directa entre las distintas asignaturas, para evaluar de forma objetiva las ventajas de la propuesta.

Para la evaluación del nivel de adquisición de competencias transversales a lo largo del proyecto, se emplearán rúbricas aplicadas a los trabajos de desarrollo y a las puesta en común mediante presentaciones públicas al final de la experiencia. Se valorarán aspectos técnicos y también transversales, como calidad de presentaciones escritas y orales, capacidad de pensamiento creativo, visión de conjunto y capacidad de integración, aprendizaje a lo largo de la vida / capacidad de autoaprendizaje, entre otras.

CONCLUSIONES

El presente proyecto “BIOINGENIA: Aprendizaje basado en proyectos de Bioingeniería” constituye una excelente oportunidad para potenciar la colaboración entre unidades docentes de la ETSII con una importante trayectoria docente e investigadora en el campo de la Bioingeneiría, mediante la implementación de actividades de aprendizaje basado en proyectos ligados al desarrollo de “bioingenios” para fomentar la formación integral de los alumnos en este campo.

 Constituye también una destacable ocasión para plantear y rodar una nueva asignatura, de cara al futuro Máster en Ingeniería Industrial, en el marco de la iniciativa “Industriales Ingenia”, en la que los alumnos adquieran conocimientos, destrezas y habilidades en Bioingeniería y áreas afines, según el mapa conceptual adjunto, y puedan aplicarlos a proyectos reales ligados al desarrollo de dispositivos médicos o “bioingenios” orientados a aportar nuevas soluciones diagnósticas o terapéuticas para patologías relevantes.

REFERENCIAS

• Díaz Lantada, A..- “Project-based learning in Bioengineering”, Chapter 18, en “Díaz Lantada, A..- Handbook of Advanced Design and Manufacturing Technologies for Biomedical Devices”. Springer Verlag, (en prensa), 2012.
• Díaz Lantada, A..- “Handbook of Active Materials for Medical Devices”, PAN Stanford Publishing, 2012. Thomson Reuters Book Citation Index.
• Díaz Lantada, A.; Lafont Morgado, P..- “Aprendizaje basado en proyectos basados en patentes”. 3er Encuentro BID-DIMAD, Madrid, Noviembre de 2011.
• Ros Felip, A.; Claramunt Alonso, R..- “Aportaciones a la biomecánica de las articulaciones humanas y sus sustituciones protésicas”. Industria XXI. Nº 8. Madrid. Abril 2005
• Westerhof, N.; Stergiopulos, N.; Noble, M.I.M..- “Snapshots of hemodynamics”. Springer, 2010.