Aprendizaje progresivo basado en proyectos en el ámbito de la Ingeniería Biomédica: diseño, construcción y programación de un ECG basado en un microcontrolador de bajo coste

Abstract

En la coyuntura sanitaria y educacional en la que se encuentra la sociedad desde hace unos años, el Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech confeccionó unos planes de estudio para una serie de grados que pretendían cubrir la necesidad del Ingeniero Informático dentro de la rama sanitaria. Estos grados, con un primer ciclo común, se subdividen en el segundo ciclo en tres especialidades. Una de ellas es la denominada Ingeniería Biomédica, que forma a Ingenieros con conocimiento de Informática a nivel de Hardware para el diseño y mantenimiento de maquinaria e instrumentación de aplicación en hospitales y centros sanitarios. Este grado se imparte actualmente en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática de la Universidad de Sevilla. En este contexto, la asignatura “Instrumentación Biomédica” tiene un papel fundamental para el aprendizaje del funcionamiento y diseño de instrumentos de pequeña y mediana escala dentro del ámbito anteriormente especificado. En este trabajo se plantea un mecanismo escalonado y basado en problemas [1,2] para el aprendizaje de los diversos instrumentos electrónicos de aplicación sanitaria. El objetivo del mecanismo de aprendizaje es aportar al alumnado conocimientos básicos acerca del funcionamiento y diseño de todo tipo de sensores y actuadores electrónicos, a la vez que se les introduce en la programación de un microcontrolador de bajo coste y basado en Arduino para manejar dichos periféricos. De forma progresiva se van integrando los conocimientos de todas las prácticas a lo largo del curso para, finalmente, ser capaces de confeccionar y desarrollar un electrocardiógrafo portátil mediante un microcontrolador, una sonda, un amplificador operacional, un display gráfico, una placa de prototipado y diversos componentes electrónicos básicos tales como potenciómetros, pulsadores y diodos led para el control del funcionamiento del instrumento.

SUMMARY -- In the current situation of Health and Education. the Andalusia Tech International Excellence Campus drew up a curriculum for three degrees that are intended to cover the need of Computer Engineer within the healthcare industry. These degrees, with a common first cycle of two years, have three specialties in the second cycle. One of them is the Biomedical Engineering, which trains engineers with knowledge of Computer Hardware level for the design and maintenance of machinery and instrumentation for application in hospitals and health centers. This degree is currently offered at the Technical Superior School of Computer Science at the University of Seville. In this context, the course "Biomedical Instrumentation" has a fundamental role for learning the operation and design of small and medium-scaled instruments. In this paper, a step-by-step and problem-based learning is explained inside the Biomedical Instrumentation course. The main objective of this learning mechanism is to provide basic knowledge about performance and design medical instruments with several types of electronic sensors and actuators, while students are introduced in the programming of a low-cost Arduino-based to handle these peripherals. Progressively they integrate the knowledge of all practices sesions throughout the course to finally be able to prepare and develop a portable electrocardiograph by a microcontroller, a probe, an operational amplifier, a graphical display, a prototyping board and several basic electronic components such as potentiometers, pushbuttons and leds for controlling the operation of the instrument.