Title—Adaptability of the RFID and NFC technologies in an

educative context: An experience in cooperative work.

Abstract—The use of different devices with computing capacities dispersed around our environment, allows making the interaction easier and simple between users and computers. In this work we propose an easy and simple approach in the handling of information, for it, we have adapted two technologies: RFID and NFC. In the first case, user only must take a tag embedded in any daily use object and in the second, a mobile telephone equipped with a radio frequency reader. These two experiences have been applied in cooperative work with students of Teacher-Training to transmit the knowledge to other members of each group.

Index Terms—Ambient Intelligence, Cooperative Work, Everyday Computing, Ubiquitous Computing

I. INTRODUCCIÓN ON muchos los investigadores que apuestan por la creación de ambientes inteligentes. Proponen cambiar

radicalmente la forma de realizar nuestro día a día con la ayuda de pequeños dispositivos de funcionalidad específica distribuidos dentro del entorno en el que nos encontremos, los cuales son capaces de proporcionar información necesaria para alimentar a un sistema consciente del contexto.

Inteligencia Ambiental (AmI) es la visión del sexto y séptimo Programa Marco de la Unión Europea en el que la tecnología se vuelve “invisible”, embebida en objetos de uso cotidiano, presente cuando la necesitamos, atenta a

Salvador Wilfrido Nava Díaz, Gabriel Chavira Juárez pertenecen a la Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Tamaulipas, Centro Universitario Tampico-Madero, Tampico, México. e-mail: {snava, gchavira}@uat.edu.mx.

Ramón Hervás Lucas, José Bravo Rodríguez pertenecen a la Escuela Superior de Informática, Universidad de Castilla-La Mancha, Paseo de la Universidad, 13071 Ciudad Real, España. e-mail: {ramon.hlucas, jose.bravo}@uclm.es.

DOI (Digital Object Identifier) Pendiente

nuestros sentidos y adaptable a usuarios y contextos. Propone un cambio, desde la tradicional computadora de sobremesa a gran cantidad de dispositivos situados en el entorno que nos rodea cuya misión es la de servir al usuario de manera no intrusiva en un segundo plano [1] [10]. La Inteligencia Ambiental está basada en tres tecnologías clave: Computación Ubicua, Comunicaciones Ubicuas e Interfaces Naturales [10]. La Computación Ubicua integra microprocesadores en objetos de uso diario. La Comunicación Ubicua obtiene la información necesaria en el momento y lugar que se requiera, de manera fácil e inmediata, con poco gasto energético y sin dañar el medio ambiente, permitiendo además la comunicación de esos objetos con otros y con los usuarios. Las Interfaces Naturales interactúan con el ambiente de una manera más fácil y cercana al usuario [4]. Atendiendo a esta división, es necesario adaptar tecnologías para que el usuario pueda obtener la información deseada en cualquier momento y lugar, mediante una simple interacción [11].

Hasta ahora la única entrada a la computadora es la que hacemos de forma explícita a través de los dispositivos disponibles para tal efecto, pero, si queremos automatizar nuestro día a día (Everyday Computing), es necesario no exigir al usuario un esfuerzo interactivo extra. Surge, por tanto, un tipo de interacción más simple y natural que Schmidt denomina Interacción Implícita [13]. Para este autor la interacción implícita es permitir el uso transparente de los sistemas computacionales, y al igual que Abowd [2], conseguir que el usuario se concentre en la tarea a realizar y no en la herramienta, y que la interacción entre el usuario y el sistema sea proporcionada por el propio entorno físico. La idea básica de la entrada implícita es que el sistema pueda percibir la interacción de los usuarios con su entorno físico y con todas las actividades por las que pasa para desarrollar sus objetivos. El sistema debe tener la capacidad de anticiparse al usuario proporcionándole la información contextual adecuada.

Siguiendo en la búsqueda de las interacciones sencillas, fáciles e implícitas, Schmitd, en un segundo paso propone lo que ha denominado “Interacción Embebida” [14]. En ella

Adaptabilidad de las tecnologías RFID y NFC a un contexto educativo: Una experiencia en

trabajo cooperativo Salvador Wilfrido Nava Díaz, Student Member, IEEE, Gabriel Chavira Juárez, Student Member, IEEE,

Ramón Hervás Lucas y José Bravo Rodríguez, Senior Member, IEEE

S

IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 17

ISSN 1932-8540 © IEEE

ba

Fig. 3. Alumna usando el entorno con tecnología RFID (a) y Alumno usando el entorno con tecnología NFC (b).

programa como Paint o el bloc de notas. El botón Nueva se usa para crear una diapositiva nueva. Finalmente, la herramienta genera una salida en XML que representa el conocimiento introducido por el usuario.

Después de elaborar estas diapositivas simples, el contexto proporciona a los alumnos una visualización mejor que la mostrada en la herramienta. La visualización de sus presentaciones se filtra dentro de un tablón virtual (figura 2), mediante una computadora que ejecuta nuestro sistema de “Mosaicos de Visualización” [3, 7]. Este concepto permite presentar información a diferentes niveles teniendo en cuenta aspectos tales como posición, tamaño, latencia, perfil de usuario y otros recogidos en la correspondiente ontología [6] que sirve de modelo de contexto para este tipo de servicios y otros de naturaleza similar. El modelo utilizado como soporte para este servicio de visualización y nuestro acercamiento ontológico se describe mejor en [8, 9].

En nuestro caso, durante la presentación de cada alumno, la mayor parte del mosaico (figura 2) es ocupada con textos, imágenes y gráficos asociados. En la parte izquierda se aprecia un listado de los integrantes del grupo que expondrán en ese momento. En la parte de abajo, se muestran las imágenes de la diapositiva anterior, conectando así, a manera de recordatorio, los comentarios que se hacen a la diapositiva actual. Para interactuar con el sistema de una manera más natural, se utiliza unos sensores de infrarrojos que permiten avanzar o retroceder las diapositivas de la presentación.

Para nuestro estudio es importante situarnos en el entorno donde se desarrollan las actividades dentro de un Ambiente Inteligente. El entorno siempre puede influir de acuerdo a las características de las personas o, mejor dicho, las características de cada persona influyen directamente sobre él. El escenario se encuentra dividido en dos agrupaciones, la primera se encuentra apoyada con la tecnología RFID (figura 3a) y la segunda con la tecnología NFC (figura 3b). A simple vista, se puede apreciar que en la Figura 3a, se tiene la necesidad de una antena cerca de la persona que se

encuentra exponiendo y en la Figura 3b, no existe. En los siguientes apartados se explican con más detalle.

III. LA ARQUITECTURA DEL ENTORNO COOPERATIVO La estructura empleada en la realización de la experiencia

es similar en las dos agrupaciones. Para la presentación de diapositivas se utiliza el “Mosaico de Visualización” (tablón virtual). El formato de esta herramienta contiene las aportaciones de los integrantes, además indica el nombre de la persona que está exponiendo en ese momento.

Los sensores situados en el atril con un microcontrolador Basic X24 y dispositivo Bluetooth se integran al sistema como parte de la naturalidad que proponemos en la interacción. El funcionamiento es muy sencillo, sólo con acercar la mano sobre ellos, se envía la señal al sistema para que avance o retroceda en las diapositivas de la presentación. Además, se carga automáticamente cada presentación al ser reconocido el alumno del grupo que va a presentar en ese momento.

La diferencia entre ambos grupos radica en la entrada de los datos al sistema, que se encuentran almacenados en las etiquetas. Esto es debido a las propias características de las tecnologías RFID y NFC que a continuación se describen.

A. La Tecnología RFID Aunque RFID pueda parecer una tecnología reciente, no

lo es ya que surgió en la Segunda Guerra Mundial para identificar objetos. Comercialmente se empezó a utilizar en los años 60.

La tecnología RFID consiste básicamente en tres elementos: • Lectores (readers o transceiver), encargados de mediar

el flujo de información entre la computadora y las etiquetas.

• Antenas, responsables de la emisión y recepción de las ondas electromagnéticas.

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Existen dos modos de operar en un sistema NFC: pasivo y activo. En el modo pasivo (figura 6a), solamente uno de los dispositivos genera el campo de radiofrecuencia de corto alcance, proporcionando energía a una etiqueta que estaba inactiva, permitiendo que se pueda leer o escribir datos en su memoria. En el modo activo (figura 6b), ambos dispositivos generan su propio campo de radiofrecuencia, reconociéndose automáticamente para enviar los datos [5].

La tecnología NFC tiene dos características que la distingue de la tecnología RFID permitiendo que: • Un dispositivo NFC pueda funcionar como Iniciador u

Objetivo. • Dos dispositivos NFC se reconozcan automáticamente

sólo con acercarse a corta distancia.

IV. EXPERIENCIA COOPERATIVA El desarrollar nuevas interfaces para agilizar los procesos

y ayudar en las actividades diarias conlleva a otro reto dentro de los entornos inteligentes: la evaluación de los sistemas. Debido a que la Inteligencia Ambiental es un conjunto multidisciplinar, se hace necesaria la experimentación de todos los efectos que se puedan producir, observando cada acción y reacción que comparten tanto usuarios como equipos computacionales: su fácil utilización, sin gasto excesivo en la interacción, su inmediatez y, sobre todo, su cercanía al usuario.

Dicho lo anterior, Schmidt [15] propone que se sigan ciertos pasos en la construcción de las aplicaciones, y estos mismos son los que hemos llevado a cabo para la experiencia: • Identificar los contextos a estudio. • Construir y evaluar un prototipo. • Integrar las señales del procesamiento y la abstracción

del contexto. • Construir las aplicaciones.

La evaluación de los dispositivos y sistemas se realizó en el auditorio de la Escuela Superior de Informática de la Universidad de Castilla-La Mancha con la participación de alumnos de Magisterio. Se evaluaron tres aspectos principales: la utilización de sensores de infrarrojos, que servían para tener una interacción más natural al momento de exponer su trabajo, realizado de manera cooperativa; la utilización de una herramienta muy sencilla con la que introdujeron la información para confeccionar diapositivas; la visualización presentada en mosaicos, además de la simplicidad en la computación, interacción explícita e implícita del sistema.

Como se mencionó anteriormente, los alumnos no tenían la necesidad de utilizar una computadora físicamente en el entorno donde se realizó la experiencia. No fue necesario ejecutar un programa como Power Point para mostrar su presentación, ni previamente haberlas confeccionado con

dicho programa. Tampoco fue necesario el uso del ratón para que no les distrajera en el momento de avanzar cada diapositiva, para ello, era suficiente hacer un movimiento natural de su mano sobre el sensor determinado.

Es importante hacer notar que los alumnos no habían visto el escenario ausente de computadora y, como se aprecia en las Figuras 7 y 9, la presentación de cada alumno que portaba una etiqueta se activaba automáticamente.

A. Experiencia con RFID Los alumnos que participaron en la experiencia, debían

portar una etiqueta donde se encontraban las instrucciones referentes a su presentación, que previamente había confeccionando. Al pasar frente a la antena (80 cm.), el lector que continuamente se encuentra transmitiendo ondas de baja frecuencia (125 Khz.), detecta la etiqueta y ésta envía la información requerida al microcontrolador y la presentación es proyectada automáticamente, obteniéndola de una base de datos, para su utilización (figura 7).

Para saber si nos estamos conduciendo bien en la creación de espacios inteligentes, se realizó la evaluación del prototipo y el manejo del mismo por los alumnos que participaron en la experiencia. También participaron como espectadores los alumnos que no utilizaron esta forma de presentación con el fin de que nos facilitaran su opinión.

En la Tabla 1 se puede apreciar que el grado de aceptación de la experiencia fue positivo. Cabe destacar la valoración de la interacción por proximidad, esto es, el mero hecho de acercarse a la pantalla y la aparición automática de cada presentación. No fue considerado muy positivo el manejo de los sensores para pasar diapositivas, ya que no resultó del todo satisfactorio, debido a que los alumnos pasaban la mano fuera del campo de acción del sensor; en otras ocasiones, se pasaba muy lenta y el sensor interpretaba que se deseaba pasar rápidamente entre las diapositivas. Por otro lado, la mayoría era de la opinión de que no se necesitaban amplios conocimientos informáticos para la

Dispositivo RFID

Sensores de Infrarrojos

Fig. 7. Alumna usando el entorno con tecnología RFID y sensorial en su exposición.

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destacable el éxito causado por la proyección automática de su presentación sólo con acercar el teléfono a la etiqueta. La interacción con los sensores para cambiar de transparencias resultó satisfactoria. Esto debido a que los alumnos desde el primer instante interactuaron con la tecnología, es decir con el teléfono móvil, para activar la presentación que usaron. Los alumnos que participaron en este escenario se encontraron más cercanos a esta tecnología, sintiéndose a gusto con ella. La mayoría de los involucrados opinaron que fue muy sencilla la utilización de los dispositivos y no se requiere tener amplios conocimientos sobre informática, y la herramienta con la que confeccionaron las diapositivas es muy fácil de usar. Para la gran mayoría de los estudiantes, y las personas en general, es común la utilización del teléfono móvil. Es un dispositivo, hoy en día, con el que se convive cotidianamente.

V. CONCLUSIONES La Inteligencia Ambiental propone una nueva forma de

interacción con la tecnología y dispositivos inmersos en el entorno, permitiendo a los usuarios sumergirse en ambientes inteligentes. Hemos realizado una aproximación mediante las tecnologías RFID y NFC en un contexto educativo, adaptándolas con el fin de hacerles más fácil sus actividades académicas diarias. Hemos observado que esta nueva filosofía que supone NFC cambia absolutamente la concepción sobre las instalaciones tradicionales de RFID ya que, en este caso, es el lector el que tiene movilidad y las etiquetas pasan a estar fijas. Éstas contendrán ahora información contextual; en cuanto al móvil, podrá, no sólo tener capacidad de proceso y comunicación, sino almacenamiento lo suficientemente extenso como para solventar el cuello de botella que suponía el poco espacio en las etiquetas.

Hemos tratado de acercar la tecnología al servicio de los usuarios sin que éstos la perciban, consiguiendo los siguientes resultados. Con la tecnología RFID los servicios se obtienen de manera implícita, para ello se tiene que disponer de dispositivos electrónicos que se encuentran dispersos en el entorno. El costo de éstos dispositivos se elevan considerablemente. La facilidad de tener un dispositivo NFC con amplias capacidades de cómputo, comunicación y almacenamiento permite a los usuarios manejar información, documentos, presentaciones y todo lo indispensable en un contexto educativo, disponiendo así de mayor privacidad y, por consiguiente, mayor confianza en la tecnología.

AGRADECIMIENTOS Los autores quieren agradecer a la Junta de Comunidades

de Castilla-La Mancha el apoyo en el proyecto SERVIDOR 2005-2007 (PBI-05-034) y a la CICYT el apoyo en el

proyecto Mosaic Learning 2005-2008 (TSI2005-08225-C07-07).

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