La motivación de los estudiantes resulta clave para el éxito en su proceso de aprendizaje y, muy especialmente, para que las experiencias de enseñanza-aprendizaje basadas en proyectos resulten formativas y satisfactorias. En ocasiones, los retos planteados por los profesores a los estudiantes, en el marco de estas experiencias de enseñanza-aprendizaje basadas en proyectos, resultan demasiado específicos o guiados mediante procedimientos muy estrictos, con lo que el análisis crítico y la solución creativa de problemas no se potencian como deberían. En otros casos, son los propios estudiantes los que proponen temáticas para los proyectos a desarrollar, pero a menudo se trata de propuestas de solución a problemas un poco alejados de la realidad sin una necesidad clara. Nuestro equipo lleva varios años desarrollando experiencias de enseñanza-aprendizaje basado en proyectos en distintas asignaturas relacionadas con la ingeniería biomédica, en las que equipos de estudiantes viven el proceso completo de desarrollo de dispositivos médicos. Los resultados en nuestro caso han sido enormemente satisfactorios, pero creemos que hibridar el aprendizaje basado en proyectos (ABP) tradicional con nuevas tendencias de aprendizaje-servicio (AS) permitiría afrontar necesidades aún más reales, socialmente muy relevantes, mediante una interacción más íntima con los principales agentes de interés (pacientes, asociaciones de pacientes, profesionales de la salud, empresas del sector y hospitales). Esta hibridación entre ABP y AS resulta especialmente relevante en un sector como el de la ingeniería biomédica, en el que los dispositivos médicos que desarrollan los ingenieros deben siempre alinearse con la visión de proporcionar soluciones a problemas de salud reales, emergentes y de dimensión lo más global posible. A tal efecto y considerando que numerosas titulaciones de ingeniería de la Universidad Politécnica de Madrid están íntimamente ligadas a la ingeniería aplicada a la salud, planteamos este proyecto titulado "Promoción Sistemática de Sinergias entre la Ingeniería Biomédica y el Aprendizaje Servicio: Proyectos de Desarrollo de Dispositivos Médicos para Necesidades Reales en un Conjunto de Asignaturas y Titulaciones". El proyecto permitirá reinventar las experiencias de enseñanza-aprendizaje basadas en proyectos, ligados al desarrollo de dispositivos médicos, de varias titulaciones de la UPM y aumentar su realismo y utilidad social, gracias a una mayor vinculación con necesidades reales. Se desarrollarán al menos 5 casos completos de estudio como resultado de 5 proyectos completos de dispositivos médicos planteados como necesidades por parte de hospitales, asociaciones de pacientes y equipos de profesionales de la salud. Los estudiantes vivirán las fases de especificación de producto, diseño conceptual, ingeniería básica y de detalle, incluyendo la fabricación y pruebas de prototipos funcionales, y plantearán modelos de negocio y producción para que dichos proyectos terminen llegando a la sociedad. La promoción de competencias profesionales de los estudiantes y de su motivación y satisfacción en estos proyectos se evaluarán de forma sistemática, para analizar las ventajas de la propuesta y continuar trabajando por su sostenibilidad.

El proyecto persigue promover una hibridación entre aprendizaje basado en proyectos y aprendizaje servicio en un conjunto de asignaturas de varias titulaciones de la UPM en las que los estudiantes desarrollan actualmente dispositivos médicos. Las asignaturas son: "Diseño en Bioingeniería" del Máster Universitario en Ingeniería Industrial, "MedTECH" del Máster Universitario en Ingeniería de Organización", "Bioingeniería" de Máster Universitario en Ingeniería Mecánica y "Desarrollo de Dispositivos Médicos" del Grado en Ingeniería Biomédica y afectan anualmente a un total de entre 140 y 180 estudiantes, de los cuáles unos 20 cada año continúan investigando sobre estas temáticas en sus proyectos de fin de titulación. 

Para reinventar el aprendizaje basado en proyectos en estas asignaturas y promover los enfoques de aprendizaje servicio, se ha contactado y debatido con diversos organismos, instituciones y asociaciones para detectar necesidades reales pendientes de solución y se han elegido los siguientes conjuntos de necesidades-proyectos concretos para que sean desarrollados por equipos de estudiantes de las distintas asignaturas en el marco del presente proyecto: 

- Para la asociación "ASPADIR", asociación sin ánimo de lucro que trabaja para la mejora de la calidad de vida de las personas con discapacidad y de sus familias, se van a diseñar y fabricar dos dispositivos médicos, a saber: a) un bipedestador para ayudar a niños con problemas de movilidad en extremidades inferiores a mantenerse de pie y recuperar tono muscular y b) una pinza o guante robótico para solucionar problemas de movilida fina en las manos. 

- Para el "Equipo de Atención Temprana de Arganda", que cubre toda la región Madrid Este en la detección temprana (0-6 años) de trastornos del espectro autista, se diseñará un juguete que registre el contacto visual del niño con el interlocutor y que genere un estímulo positivo para motivar la atención y reforzar las actuaciones terapéuticas.  

- Para la Unidad de Trasplantes del Hospital Clínico San Carlos de Madrid se va a realizar un estudio de viabilidad y el rediseño del sistema de bombeo utilizado para mantener con vida los órganos destinados a trasplante y resolver el actual problema de presión excesiva en el circuito de bombeo en el ramal que interactúa con el hígado y que conlleva que más de un tercio de los hígados para trasplante se deban desechar. 

- En colaboración con médicos de diversos hospitales de la Comunidad de Madrid se trabajará en el desarrollo de proyectos reales de dispositivos médicos relacionados con: a) kits quirúrgicos desechables, económicos, con ergonomía mejorada y orientados a su utilización en hospitales de campaña y países emergentes, b) equipos para entrenamiento quirúrgico que minimicen las pruebas empleando modelos animales, c) modelos biomiméticos como apoyo al diagnóstico y la planificación quirúrgica y d) aplicaciones de la impresión 3D a la práctica médica. 

Es importante mencionar que los dispositivos se diseñarán y fabricarán, pero sus pruebas serán in vitro y en entorno controlado de laboratorio. No se llevarán a cabo pruebas con pacientes y, solo en el caso de que el nivel de desarrollo, calidad y seguridad de los prototipos pudiera hacernos pensar en actuaciones de transferencia de tecnología, intentaríamos acometer la fase de pruebas con pacientes, en el marco de futuros proyectos de investigación, previo consentimiento de los comités de ética de la UPM y de las instituciones implicadas, así como de los pacientes y sus familias.  

Estos proyectos, una vez desarrollados, servirán como casos de estudio para las distintas asignaturas y como ejemplos para colegas que quieran promover experiencias de aprendizaje basado en proyectos vinculadas a tendencias de aprendizaje servicio. Promoveremos también el espíritu emprendedor de nuestros estudiantes, motivándoles a que presenten sus soluciones a competiciones de creación de empresas de base tecnológica como ActúaUPM y a que sigan ligados a estos proyectos y asociaciones, quizá como parte de la construcción de su futuro profesional.

La evaluación sistemática de competencias profesionales de nuestros estudiantes y de su promoción a través de estos proyectos especialmente complejos y ligados a problemas reales de la ingeniería y la salud nos permitirá evaluar el impacto formativo de la propuesta y seguir trabajando por su mejora continua una vez finalizado el presente proyecto de innovación educativa. 

El proyecto propuesto contribuirá a la mejora de la calidad de la enseñanza en las distintas asignaturas y titulaciones mencionadas en base a: 

- Dotar de mayor realismo y complejidad a las experiencias de aprendizaje basado en proyectos de dispositivos médicos que se vienen realizando, con lo que se espera promover la motivación de los estudiantes, su capacidad de análisis crítico y de resolución creativa de problemas y el impacto real de los proyectos de ingeniería que desarrollan. 

- Generar casos de estudio para las distintas asignaturas, con los que poder enseñar de forma más holística acerda de las metodologías para el desarrollo de productos, procesos y sistemas de ingeniería, gracias a una promoción del enfoque CDIO -concebir, diseñar, implementar, operar- y a su vinculación a servicios reales para la ciudadanía. 

- Promover la dimensión social de nuestros estudiantes, al vincular sus procesos de enseñanza-aprendizaje a necesidades reales, urgentes, planteadas por profesionales de la salud, y hacerles más conscientes del impacto de las soluciones que la ingeniería es capaz de aportar para promover una atención médica de calidad y mejorar el bienestar de la sociedad. 

- Establecer y potenciar la relación de la UPM con diversas instituciones, organismos y hospitales que tratan día a día con pacientes de todo tipo y promover que dichas relaciones impacten de forma positiva en todo tipo de titulaciones de nuestra universidad, en las que los estudiantes, investigadores y docentes aplican los conocimientos y técnicas de la ingeniería a la salud. 

- Implementar y estudiar comparativamente el empleo de diferentes técnicas de evaluación de competencias profesionales diseñadas específicamente para su empleo en experiencias mixtas o híbridas ABP-AS y disponer así de materiales que faciliten la sostenibilidad de la propuesta y su monitorización año a año.   

- Dar a conocer los resultados de la experiencias en foros y publicaciones internacionales que ayudarán a propagar el modelo formativo propuesto a otros centros y universidades, así como a encontrar posibles colaboradores para futuras iniciativas sobre desarrollo de dispositivos médicos en el marco de asignaturas universitarias, pero a escala global. 

Las fases del proyecto incluyen:

- Establecimiento de contactos con los agentes de interés del sector salud y detección de necesidades reales, como retos y proyectos a plantear a los estudiantes. (Ya realizada por parte del equipo de profesores).

- Formación de grupos en las distintas asignaturas y asignación de los conjuntos de necesidades-proyectos a los distintos equipos en función de sus capacidades y de los objetivos formativos de las distintas asignaturas implicadas. 

- Especificación y planificación de los productos y diseño conceptual de los mismos (concepción), fase en la que los equipos analizan soluciones existentes y plantean ideas de dispositivos médicos, empleando técnicas para promoción de la creatividad, para resolver las necesidades detectadas. Tras evaluación de las ideas se llega a los conceptos de biodispositivos a desarrollar. 

- Ingeniería básica (diseño e implementación), destinada a definir las geometrías, materiales, elementos comerciales y procesos de producción a utilizar para la fabricación de prototipos de los distintos dispositivos médicos y que aportará información interesante de cara a completar los modelos de negocio y comercialización que acompañarán a dichos biodispositivos.

- Ingeniería de detalle (operación), orientada a la realización de pruebas funcionales de los prototipos de dispositivos médicos desarrollados y a tener una nueva interacción con los agentes de interés del sector salud, en la que se planteen distintas actuaciones de continuación, así como posibles mejoras para los distintos dispositivos.  

- Elaboración de material docente, fase que acompaña a todo el proyecto y que contempla la elaboración de casos de estudio basados en los proyectos de dispositivos médicos a desarrollar y en las características particulares de las distintas fases del proceso de desarrollo. Los casos se incorporarán como material docente a las distintas asignaturas y como ejemplos para ilustrar los distintos conceptos que se introducen en las sesiones formativas.

- Evaluación del aprendizaje y de la propuesta, fase que acompaña también a todo el proyecto y que está orientada a recopilar información útil para verificar que el modelo ABP-AS impacta positivamente en el aprendizaje de los estudiantes y para analizar la viabilidad de la propuesta a largo plazo.

Las acciones concretas se detallan en mayor medida en el apartado sobre seguimiento y evaluación del proyecto, pero coinciden grosso modo con las actuaciones habituales dentro de las distintas fases de desarrollo sistemático de productos, procesos y sistemas de ingeniería, a saber: especificación y planificación de producto, diseño conceptual, ingeniería básica, ingeniería de detalle, producción y vida útil, pero adaptadas al modelo CDIO de concebir-diseñar-implementar-operar por sus ventajas formativas. 

Como materiales docentes se cuenta ya con los materiales para las distintas asignaturas, con el "Handbook on Advanced Design and Manufacturing Technologies for Medical Devices" (Díaz Lantada, 2013) como texto de referencia y con los recursos del Laboratorio de Desarrollo de Productos de la UPM para diseño y fabricación de prototipos de los distintos dispositivos médicos (ver sección de implementación en el siguiente apartado). 

Según se detalla en los apartados sobre "productos resultantes" y "material divulgativo", los propios dispositivos médicos desarrollados, incluyendo toda la información de los proyectos de desarrollo y los prototipos físicos de los mismos, pasarán a formar parte de los casos de estudio de las distintas asignaturas y titulaciones.  

El comienzo del proyecto vendrá marcado por la asignación de los distintos desafíos o proyectos a equipos de alumnos de las distintas asignaturas. Los equipos comenzarán a trabajar aplicando lo aprendido en las asignaturas y siguiendo el siguiente esquema: 

- Concebir: En colaboración con las entidades externas, los equipos especificarán sus dispositivos médicos de tal manera que las especificaciones regojan de la mejor forma posible la "voz del cliente", esto es, los aspectos más relevantes puestos de manifiesto por las asociaciones y profesionales de la salud relativos a las distintas necesidades. Se planificarán los proyectos para el cumplimiento de especificaciones técnicas y económicas, considerando también la situación tecnológica actual, y se plantearán distintas ideas de productos que, tras evaluación adecuada, llevarán a los distintos conceptos de dispositivos médicos a desarrollar. 

- Diseñar: Una vez elegidos los conceptos, se trabajará en la definición de geometrías, en la selección de materiales y elementos comerciales y en la elección de procesos de fabricación, considerando el contexto económico, social y ambiental, para llegar a diseños viables que aporten valor y que se diferencien de la competencia. Se interactuará con las entidades externas para promover la co-creación de soluciones y evitar ciclos de rediseño que prolonguen los plazos y aumenten los costes de desarrollo. El equipo de profesores acompañará a los equipos de estudiantes en todo el proceso.

- Implementar: Los diseños se materializarán con ayuda de las tecnologías de fabricación disponibles en el Laboratorio de Desarrollo de Productos de la UPM (impresión 3D "low-cost" basada en FDM e industrial mediante estereolitografía láser, colada al vacío en moldes de silicona, herramientas de mecanizado por control numérico, microfusión, entre otras) y con la ayuda de materiales fungibles y kits de electrónica comerciales. Los prototipos así obtenidos pasarán a formar parte de la colección de materiales docentes de las asignaturas y constituirán casos de consulta para futuras ediciones. El hecho de fabricar prototipos físicos ayudará también a realizar consideraciones acerca de la puesta en producción de estos dispositivos y a poder contar con información muy relevante de cara a los modelos de negocio que acompañarán los distintos desarrollos.   

- Operar: Los prototipos fabricados se probarán en entorno controlado y con supervisión de los profesores implicados y de las entidades externas, para verificar el cumplimiento de las especificaciones y para proponer posibles rediseños ligados a actuaciones de mejora. No se contará con pacientes reales, sino que las pruebas serán in vitro o contarán con modelos biomecánicos (i.e. maniquíes o "dummies") para promocionar en todo momento la seguridad y conforme a los procesos descritos en la Regulación de Dispositivos Médicos MDR 2017/745 para afrontar el proceso de marcado CE según las distintas clases de dispositivos implicados. 

Entre las distintas fases "CDIO", cada una de uno o dos meses de duración, según si la asignatura es anual ("Diseño en Bioingeniería" y "MedTECH") o cuatrimestral ("Bioingeniería" y "Desarrollo de Dispositivos Médicos") respectivamente, los alumnos presentarán sus resultados de forma oral -mediante presentaciones públicas- y escrita -mediante informes de progreso- que formarán parte de sus actividades de evaluación. Además, cada equipo contará con tutorías personalizadas al menos mensuales o cada dos semanas, de nuevo en función de la duración de la asignatura, pero también considerando la complejidad del proyecto.

La evaluación final contemplará el desempeño de los equipos, el resultado final (dispositivo médico funcionando conforme a las especificaciones) y presentación final de resultados en sesión abierta a las distintas entidades participantes, de las que se obtendrá también una retroalimentación que se incorporará a la valoración final. Las evidencias incluirán: actas de reunión de los equipos, informes y presentaciones de progreso, diseños y ficheros asociados a dichos diseños (i.e. modelos CAD y resultados de simulaciones) y prototipos finales funcionales, junto a un informe final valorando el diseño y su funcionamiento y proponiendo actuaciones de mejora, en base a los resultados con los prottoipos. 

Como productos resultantes, cabe prever los siguientes: 

- En primer lugar los dispositivos médicos desarrollados para los distintos organismos y asociaciones con los que se va a colaborar, en concreto: a) un bipedestador para ayudar a niños con problemas de movilidad en extremidades inferiores a mantenerse de pie y recuperar tono muscular y b) una pinza o guante robótico para solucionar problemas de movilida fina en las manos, c) un sistema de apoyo a la mejora de concentración en pacientes con trastornos del espectro autista, d) un nuevo sistema de bombeo utilizado para mantener con vida los órganos destinados a trasplantes, e) diversos kits quirúrgicos orientados a hospitales de campaña y países emergentes, f) equipos para entrenamiento quirúrgico que minimicen las pruebas empleando modelos animales y g) modelos para apoyo al diagnóstico y la planificación quirúrgica. 

- En segundo lugar, por cada dispositivo médico desarrollado se elaborará un resumen ejecutivo y presentación asociada que sirva como material docente para la promoción del método del caso en las asignaturas implicadas para futuras ediciones. 

- En tercer lugar, las diferentes plantillas y materiales desarrollados para promover y evaluar las competencias profesionales de los estudiantes participantes en estas experiencias ABP-AS se pondrán a disposición de colegas intentando contribuir a otras experiencias recientes que han perseguido promover una enseñanza orientada a competencias a nivel UPM.

- En cuarto lugar, la publicación de un artículo y la presentación de una ponencia, en revista y congreso internacional respectivamente, en los que se resuman distintos aspectos ligados a la planificación, desarrollo y resultados del proyecto, permitirá compartir las ventajas y desafíos que implica la reinvención del aprendizaje basado en proyectos y su orientación a servicios hacia la sociedad. 

Todos estos materiales se harán públicos a través de la plataforma educativa "UBORA", una nueva "wikipedia de dispositivos médicos", en cuyo desarrollo participan varios de los profesores proponentes del presente proyecto de innovación educativa, para facilitar su transferencia interna y externa a centro de nuestra universidad y de otras universidades con interés por la aplicación de la ingeniería a la resolución de problemas de la salud. 

Según se comentaba en el apartado anterior, la publicación de un artículo y la presentación de una ponencia, en revista y congreso internacional respectivamente, en los que se resuman distintos aspectos ligados a la planificación, desarrollo y resultados del proyecto, permitirá compartir las ventajas y desafíos que implica la reinvención del aprendizaje basado en proyectos y su orientación a servicios hacia la sociedad. 

Además, los materiales desarrollados y los distintos casos de estudio se harán públicos a través de la plataforma educativa "UBORA", una nueva "wikipedia de dispositivos médicos", en cuyo desarrollo participan varios de los profesores proponentes del presente proyecto de innovación educativa, para facilitar su transferencia interna y externa a centro de nuestra universidad y de otras universidades con interés por la aplicación de la ingeniería a la resolución de problemas de la salud. Se contribuirá así a promover nuevas tendencias ligadas a reinventar la industria médica hacia un desarrollo colaborativo de dispositivos médicos de código abierto, conforme a las propuestas de la reciente "Declaración de Kahawa" y a la deseada universalización de la atención médica de calidad planteada por la OMS como objetivo fundamental para 2030.

Según se anticipaba en la sección de objetivos, la colaboración con instituciones externas a la UPM y ligadas a la promoción de una atención médica de calidad, resulta esencial para el desarrollo del presente proyecto de innovación educativa. Entre otros, se va a colaborar con: 

a) Asocación ASPADIR,  que trabaja para mejorar la vida de las personas con diversidad psíquica, física o sensorial y la de sus familias. 

b) Unidad de Atención Temprana de Arganda, que cubre Madrid Este en la detección precoz de patologías del espectro autista.

c) Unidad de Trasplantes del Hospital Clínico San Carlos de Madrid. 

d) Diversos servicios de hospitales públicos de la Comunidad de Madrid. 

Además, para que los proyectos se desarrollen orientados a su futura comercialización y considerando el necesario entorno legal y normativo, a través de mesas redondas y seminarios organizados a tal efecto para nuestros estudiantes contaremos con: e) la Asociación Española del Medicamento y de los Productos Sanitarios y con f) la Federación Española de Empresas de Tecnología Sanitaria.