Diseño e implementación de un robot educativo con realidad aumentada para el aprendizaje científico y espacial con experiencias inmersivas

Abstract

El presente trabajo describe el diseño e implementación de un robot educativo, denominado AstroBot, que incorpora realidad aumentada e inteligencia artificial para apoyar el aprendizaje de temas relacionados con la ciencia y el espacio en niños. El desarrollo surge como una alternativa para complementar los recursos didácticos actuales mediante una herramienta basada en el enfoque STEM, capaz de combinar la interacción física del robot con contenidos digitales que favorecen la participación y el interés durante el aprendizaje. La estructura mecánica se fabricó mediante impresión 3D en PETG, acorde a la norma NTE INEN-EN 71-1 que indica superficies redondeadas y sin puntos de corte; el análisis por elementos finitos determinó un factor de seguridad superior a 15 en el eje de los brazos y de 2,27 en el acople de las ruedas bajo condiciones dinámicas. El control se realiza con una Raspberry Pi 5 que gestiona por I2C el módulo PCA9685 para los servomotores MG996R de los brazos y dos módulos BTS7960 para los motores DC JGB37-520 de locomoción; la alimentación proviene de una batería LiFePO4 de 12V-15Ah, con autonomía de 3,83 h en uso continuo y 1,52 h con todos los actuadores simultáneos. En software se integró un asistente de IA híbrido con Gemini 2.5 Flash-Lite, Llama 3.3 70B y Piper TTS, un módulo de RA con librerías como OpenCV y MediaPipe. Las pruebas registraron 84 % de éxito en motores DC, 89,33 % en servomotores y 88 % en identificación de RA; la IA alcanzó un 83 % de efectividad en precisión de transcripción y calidad de respuesta. La evaluación técnica de docentes de Mecánica y Mecatrónica se obtuvo 4,86/5, y la validación pedagógica de docentes de Educación Inicial 4,96/5. El costo de fabricación de $824,00 USD resulta competitivo frente a robots comerciales similares en el rango de $900-$1000 USD, con procesamiento local y sin depender de servidores externos. Se concluye que AstroBot integra sus sistemas mecánicos, electrónico y de software en una plataforma segura e interactiva, útil como apoyo para la enseñanza de la astronomía.