Laboratorios portátiles: propuesta de un sistema de provisión de laboratorios remotos como servicios

• Autores: Ricardo Martin Fernandez
• Directores de la Tesis: Manuel Alonso Castro Gil (dir. tes.), Félix García Loro (dir. tes.), A. López-Rey (dir. tes.)
• Lectura: En la UNED. Universidad Nacional de Educación a Distancia ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Número de páginas: 154
• Tribunal Calificador de la Tesis: Edmundo Tovar Caro (presid.), Elio San Cristóbal Ruiz (secret.), Pedro José Muñoz Merino (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales por la Universidad Nacional de Educación a Distancia
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología industrial
      • Procesos industriales
    • Tecnología e ingeniería mecánicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-spacio
• Resumen
  • español

    In today's engineering education landscape, the integration of innovative technologies has become a fundamental pillar in enhancing practical learning and developing students' technical competencies. Within this framework, remote laboratories have emerged as promising alternative, enabling virtual and distance-based experimentation while overcoming geographical and infrastructural barriers that have historically restricted access to such experiences.

    These laboratories represent a significant evolution in engineering education, providing an accesible and interactive environment where students can manipulate physical devices through virtual interfaces. Their implementation nor only complements theoretical instruction with practical experiences but also expands opportunities for flexibility, personalisation, and collaboration in the learning process. Furthermore, remote laboratories foster key skills such as problem-solving, critical thinking, and teamwork while promoting equitable access to engineering education, regardless of location or the availability of physical resources.

    Despite their advantages, the fragmentation of existing solutions and the lack of a unified regulatory framework have hindered their saemless integration into educational programmes. This thesis not only analyses the current state of remote laboratories, along with the benefits and limitations of various scenarios, but also presents a concrete proposal based on the IEEE 1876-2019 standard. Building on this framework, a structured architecture has been developed to enable laboratories to be provided as a service, facilitating remote access to sensors and actuators in a flexible and scalable manner for experimental environments.

    Following a rigorous preliminary analysis of experimental environments, this research introduces its central pillar: portable laboratories. As a starting point, this study considers the use of these laboratories - also referred to as home-based laboratories or pocket labs - to create new practical experiences through internet-accessible sensors and actuators. This development aims to contribute to the advancement of engineering education by promoting innovative, technology-driven approaches that not only enrich students' learning experiences but also equip future generations of engineers with the confidence and competence to tackle real-world challenges.

    Compared to existing approaches, which often lack interoperability and resource reusability, the solution presented in this research offers a structured framework that optimises the integration of remote laboratories into various educational settings. The developed infrastructure not only facilities adaptation to multiple platforms but also enables the combination of individual and collaborative environments, providing a more dynamic and efficient model for engineering education.

    Ultimately, this study contributes to the evolution of remote laboratories by offering a standardised and adaptable solution aligned with the needs of practical learning, with a direct impact on the training of future engineering professionals.

  • English

    En el contexto actual de la educación en ingeniería, la integración de tecnologías innovadoras se ha convertido en un pilar fundamental para potenciar el aprendizaje práctico y desarrollar competencias técnicas en los estudiantes. Dentro de este marco, los laboratorios remotos han emergido como una alternativa prometedora que permite realizar experimentación de manera virtual y a distancia, superando las barreras geográficas y de infraestructura que tradicionalmente han limitado el acceso a este tipo de experiencias.

    Estos laboratorios representan una evolución significativa en la enseñanza de la ingenieria, ya que proporcionan un entorno accesible e interactivo en el que los estudiantes pueden manipular dispositivos físicos a través de interfaces virtuales. Su implementación no solo complementa la formación teórica con experiencias prácticas, sino que también amplían las posibilidades en términos de flexibilidad, personalización y colaboración en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Además fomentan habilidades clave como la resolución de problemas, el pensamiento crítico y el trabajo en ingeniería, sin restricciones de ubicación o disponibilidad de recursos físicos.

    A pesar de sus ventajas, la fragmentación de soluciones y la falta de un marco normativo común han dificultado su integración efectiva en los programas educativos. Esta tesis no solo analiza el panorama actual de los laboratorios remotos, los beneficios y limitaciones de los distintos escenarios, sino que también presenta una propuesta concreta basada en el estándar IEEE 1876-2019. A partir de esta referencia, se ha desarrollado una arquitectura que permite la provisión de laboratorios como servicio, facilitando el acceso remoto a sensores y actuadores de manera flexible y escalablr para la ejecución de entornos de experimentación.

    Luego de un riguroso análisis preliminar de entornos de experimentación, se presenta el pilar fundamental de este trabajo de investigación: los laboratorios portátiles. Como punto de partida, se considera el uso de estos laboratorios, también llamados laboratorios para llevar a casa o laborarotios de bolsillo (pocket labs), para crear nuevas experiencias prácticas mediante sensores y actuadores accesibles a través de internet. Este desarrollo tiene como objetivo contribuir al avance de la enseñanza de la ingenieria, promoviendo enfoques innovadores y tecnológicamente avanzados que no solo enriquezcan la expriencia educativa de los estudiantes, sino que también preparen a las futuras generaciones de ingenieros para afrontar los desafíos del mundo real con confianza y competencia.

    Frente a los enfoques actuales, que suelen carecer de interoperabilidad y reutilización de recursos, la solución presentada en esta investigación ofrece un marco estructurado que optimiza la integración de laboratorios remotos en distintos entornos educativos. La infraestructura desarrollada no solo permite la adaptación a diversas plataformas, sino que también posibilita la combinación de entornos individuales y colaborativos, proporcionando un modelo más dinámico y eficiente para la enseñanza de la ingenieria.

    En definitiva, este trabajo contribuye a la evolución de los laboratorios remotos mediante una solución normalizada y adaptable, alineada con las necesidades del aprendizaje práctico y con un impacto directo en la formación de futuros profesionales de la ingeniería.