La experiencia acumulada por el GIEST durante los dos últimos años, en el desarrollo de proyectos de innovación educativa orientados al aprendizaje activo y autónomo de la tecnología inalámbrica “sin contacto” RFID, nos ha permitido ensayar con un esquema experimental basado en el “reto de construir” un modelo a escala de acceso a un recinto mediante el uso de tarjetas RFID, tanto reales (en el PIE-2024) como virtuales (en el PIE-2025).

En la convocatoria PIE 2024 desarrollamos la primera versión de este “kit”, compuesto por un microcontrolador Arduino UNO, un lector RFID MFRC522, y unas etiquetas pasivas Mifare Classic, junto con un motor mecánico y un zumbador, que permitían la realización de un modelo sencillo de control de acceso a un recinto.

En la convocatoria PIE 2025 mejoramos el kit, sustituyendo el lector RFID por dos del modelo PN532, para permitir el uso bidireccional del sistema de acceso (entrada al recinto, y salida del reciento, por el mismo punto), y añadiendo un tipo de tarjeta virtual implementada en un “smartphone” con sistema operativo Android (Host Card Emulation, HCE), al objeto de extender la base de conocimientos del estudiante sobre este tipo de tecnología cada vez más extendido en la vida cotidiana.

En la presente convocatoria, PIE 2026, se propone ir más allá creando una versión 3 que mejore las capacidades de los dos modelos anteriores, sustituyendo el microcontrolador por otro de mayor potencia, que permita el uso de programación concurrente, conexión WiFi, y mayor memoria de almacenamiento, a la vez que incorporamos un modelo de inteligencia en la nube para el control de los usuarios, y distintos niveles de prioridad de acceso tanto en las tarjetas virtuales (sobre Smartphone) como en las tarjetas físicas clásicas (pasivas).

Asimismo, queremos aprovechar las posibilidades de la RFID-SB, creando unos guiones de prácticas para alumnos de último curso de grado y primer curso de Master. En particular, las asignaturas objetivo que se encuentran incluidas en esta propuesta son las siguientes:

1. Short Range Wireless Communications, de primer curso del Master en Comunicaciones Inalámbricas.
2. Sistemas de Radiocomunicación, de cuarto curso del Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación.
3. Comunicaciones Móviles, de cuarto curso del Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación.
4. Arquitecturas de Sistemas de Telecomunicación", de cuarto curso del Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación.
5. Sistemas de Telecomunicación, de tercer curso del Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación.
6. Teoría de la Comunicación, de segundo curso de los Grados en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación, Electrónica de Comunicaciones, Telemática y Sonido e Imagen.

Asimismo, el proyecto ofrece al alumno la oportunidad de fabricar los elementos mecánicos necesarios para montar el control de acceso (torno de acceso a un sistema de transporte público), utilizando impresoras 3D disponibles en las Escuelas participantes en el PIE. Para esta labor, se usará el programa Tinkercad.

1. Objetivos Conceptuales (conocimiento)

• Comprender los fundamentos de la Identificación por Radiofrecuencia (RFID).
• Asimilar los principios de un sistema de control de acceso a un recinto (por ejemplo, transporte público).
• Entender la arquitectura y funcionamiento del microcontrolador Raspberry Pi que se propone en esta tercera versión.

2. Objetivos Procedimentales (habilidades)

• Desarrollar habilidades de montaje de circuitos (hardware).
• Adquirir competencias en programación (software).
• Aplicar la lógica de programación y resolución de problemas.
• Gestionar la "base de datos" del sistema.

3. Objetivos Actitudinales (actitudes)

• Fomentar el y trabajo en equipo y la colaboración.
• Cultivar la rigurosidad y el método científico.
• Reflexionar sobre la seguridad y la privacidad.
• Promover la creatividad y la capacidad de mejora.

4. Objetivos de Integración y Aplicación (proyecto final)

• Integrar todos los conocimientos en un proyecto coherente.
• Desarrollar la capacidad de presentación y comunicación técnica.

Los actuales métodos de aprendizaje de las tecnologías de las comunicaciones están normalmente limitados a clases magistrales y a prácticas de laboratorio dirigidas, bien mediante equipos o con simuladores software. Por eso, la idea principal del proyecto que se propone es motivar a los estudiantes a "aprender haciendo", de forma activa, aplicando los conocimientos obtenidos en las distintas disciplinas de la carrera al diseño, ejecución y pruebas de un sistema práctico real.

Este modelo de aprendizaje se encuentra muy ligado al aprendizaje basado en proyectos, situando al estudiante como protagonista de la acción (el estudiante como accionador), en lugar de mero receptor pasivo (el estudiante como espectador).

Con este fin, el proyecto de innovación educativa que se plantea este año contribuye a cerrar todavía más la brecha que existe entre el aprendizaje abstracto y el concreto, es decir, ayuda a aproximar la teoría a la práctica mediante un aprendizaje tangible y contextualizado. Así, los conceptos abstractos (variables, condicionales, protocolos de comunicación) se materializan en un objeto físico que reacciona de forma inmediata (se abre una cerradura, suena un zumbador).

El proyecto replica un sistema que los alumnos conocen y usan (llaves electrónicas, accesos al metro, etc.). Esto responde a la pregunta constante de "¿Para qué sirve esto?" y aumenta enormemente la relevancia percibida del conocimiento

En otra faceta, los ejercicios tradicionales suelen tener una única solución y un camino claro. Los alumnos no se entrenan suficiente en enfrentarse a problemas abiertos donde el camino no está predefinido. Con la RFID-SB, los alumnos deben descomponer un problema complejo ("hacer un control de acceso") en pasos simples y secuenciales (esperar tarjeta -> leer -> comparar -> actuar). Esto estructura su mente para abordar cualquier problema de programación o ingeniería.

Por último, la enseñanza tradicional puede ser pasiva, lo que lleva al aburrimiento y a la desconexión. Mediante la RFID-SB, en cambio, los alumnos no estudian para un examen, sino para construir algo. El proyecto se convierte en un reto personal y grupal, aumentando la involucración y la perseverancia. La magia de que un objeto cobre vida con su código es extremadamente motivadora. El resultado es inmediato y satisfactorio.

Mes 1: Análisis y Diseño

Creación del equipo de trabajo. Definición de requisitos técnicos. Selección de componentes (microcontrolador, módulo WiFi). Diseño de la arquitectura del sistema (hardware, software y nube).

Mes 2: Desarrollo del Hardware

Adquisición de componentes. Montaje del circuito (microcontrolador, RFID, motor, zumbador, WiFi). Realización de las pruebas iniciales de funcionamiento.

Mes 3: Programación del Microcontrolador

Programar la lectura de tarjetas RFID, gestión de prioridades, control de actuadores y comunicación WiFi con la nube.

Mes 4: Desarrollo de la Plataforma en la Nube

Crear la base de datos, API, panel de administración y modelo de inteligencia para gestionar usuarios y analizar accesos.

Mes 5: Integración y Pruebas

Conectar el hardware con la nube, probar el flujo completo (lectura → verificación → actuación) y validar el sistema de prioridades.

Mes 6: Documentación y Material Didáctico

Elaboración de los manuales de usuario, guías didácticas, documentación técnica y tutoriales para alumnos y profesores.

Mes 7: Pruebas Piloto y Evaluación

Implementación del sistema en un aula/laboratorio, pruebas con usuarios reales, realimentación y evaluación de los resultados de aprendizaje.

Se realizará un seguimiento del proyecto basado en la celebración de reuniones de proyecto semanales, de acuerdo con el calendario de actividades y la comprobación de realización de éstas. Las evidencias de logro se ajustarán a las fases explicadas en el anterior apartado y se detallan a continuación.

Mes 1: Análisis y Diseño

Alta de los becarios incorporados al proyecto. Aprobación de las especificaciones técnicas y del plan de trabajo detallado. Informe de requisitos.

Mes 2: Desarrollo del Hardware

Inventario de compra de los componentes. Presentación del prototipo físico funcional. Resultados de las pruebas iniciales de funcionamiento.

Mes 3: Programación del Microcontrolador

Flujograma y código fuente. Carga del software en el microcontrolador. Pruebas de comunicación. Inspección visual.

Mes 4: Desarrollo de la Plataforma en la Nube

Inspección visual de las API desarrolladas. Y verificación de la plataforma web operativa.

Mes 5: Integración y Pruebas

Desarrollo de las pruebas y comprobación de funcionamiento.

Mes 6: Documentación y Material Didáctico

Entrega de los manuales de usuario, guías didácticas, documentación técnica y tutoriales para alumnos y profesores.

Mes 7: Pruebas Piloto y Evaluación

Informe final de validación y propuestas de mejora. Preparación de un artículo para presentarlo a un congreso internacional de innovación educativa.

Prototipo Funcional del Sistema de Control de Acceso, RFID-SB v3.0

Sistema físico completo con todos los componentes integrados (hardware + software + conexión a nube). Uso en laboratorios y en proyectos final de titulación, dentro de la universidad; modelo para centros de FP o demostración para empresas de seguridad, fuera de la universidad.

Guía Metodológica de Implementación

Manual paso a paso para replicar el proyecto, desde especificaciones técnicas hasta programación. Uso por parte de profesores y alumnos, dentro de la universidad; uso en otros centros educativos o publicación en repositorios abiertos, fuera de la universidad.

Plataforma Web de Gestión en la Nube

Sistema web completo con panel de administración, base de datos y análisis de accesos. Plataforma para investigación en sistemas IoT y seguridad, dentro de la universidad; licenciamiento a pequeñas empresas para control de accesos, fuera de la universidad.

Recursos Didácticos Digitales

Videotutoriales, presentaciones, simulaciones y ejercicios auto-corregibles. Incorporación a la plataforma Moodle de la universidad y recursos disponibles para cursos de verano y extensión universitaria, dentro de la universidad; publicación en canales YouTube educativos y distribución mediante MOOCs, fuera de la universidad.

Publicaciones

Artículos sobre las innovaciones educativas en tecnologías de las comunicaciones. Aportación a los indicadores de investigación de la universidad y material de estudio en cursos de grado y postgrado, dentro de la universidad. Difusión en revistas especializadas y fortalecimiento del prestigio institucional, fuera de la universidad.

El material divulgativo que se elaborará sobre el proyecto es el siguiente:

1. Dos proyectos finales de titulación basados en el sistema propuesto.
2. Dos video tutoriales sobre el proceso de integración de los componentes del sistema propuesto y sobre su funcionamiento.
3. Guiones de prácticas para su uso en talleres docentes de las asignaturas de la carrera.
4. Inserciones en redes sociales, con mensajes tecnológicos del proyecto y testimonios de los alumnos participantes en el PIE.
5. Una ponencia en un congreso de innovación educativa de alcance internacional (EDULEARN, INTED o similar).

Potencial de impacto interno:

• Captación de nuevos estudiantes para ingenierías de sistemas de telecomunicación.
• Mejora de la imagen de innovación educativa de la universidad.
• Motivación para el desarrollo de nuevos proyectos.

Potencial de impacto externo:

• Posicionamiento como referente en educación tecnológica.
• Atracción de colaboraciones con empresas del sector.
• Influencia en el diseño de currículos de formación profesional.

Se trata de un proyecto realizado en colaboración con el grupo de Radiofrecuencia, Electromagnetismo, Microondas, y Antenas (GREMA) de la Universidad Carlos III de Madrid, el cual cuenta con equipamiento de impresión en 3D y tiene experiencia con el uso de microcontroladores. Miembros de este grupo y profesores del grupo de innovación educativa de la UPM proponente, mantienen una colaboración habitual en distintos campos científicos, lo que permitirá la introducción de los resultados de este proyecto de innovación educativa en ambas universidades, así como su difusión a otros grupos universitarios. Prueba de ello es la colaboración que ambos grupos tuvieron, los dos años anteriores, en el diseño y desarrollo de las versiones 1 y 2 de la RFID-SB.