Un libro di testo prende vita: Realtà aumentata per dentisti
Gli sviluppatori di giochi del Game Technology Centre dell'ETH hanno programmato un'applicazione che insegna ai dentisti i processi di rimodellamento osseo in modo giocoso. Puntando la fotocamera del cellulare sul libro di testo, le persone in formazione si trovano sulla superficie ossea, dove aiutano le cellule a rompere l'osso.
I libri di testo sono utili e contengono molte conoscenze preziose. Tuttavia, a causa della loro densità di informazioni, sono spesso difficili da consultare e possono essere scoraggianti. Avete mai immaginato che il vostro libro di testo vi coinvolga in un'interazione in cui apprendete i contenuti in modo giocoso? ? proprio così che funziona l'app "AR Osteoclasts", che lo sviluppatore di giochi Jascha Grübel del Game Technology Center dell'ETH ha programmato in collaborazione con Bernd Stadlinger, vicedirettore della clinica di chirurgia orale presso il Centro di medicina dentale di Zurigo e membro dell'ETH AI Center, per insegnare ai dentisti in erba i processi di rimodellamento osseo.
Quando gli studenti puntano la fotocamera del loro tablet o smartphone su un'immagine specifica del libro "Communication of Cells", atterrano sulla superficie ossea accanto a un vaso sanguigno. In questo microcosmo, ingrandito 600 volte, i giocatori controllano processi biologici e biochimici che altrimenti si svolgerebbero automaticamente. Ognuno dei sei capitoli del gioco è introdotto da una voce che spiega agli studenti il contesto della degradazione ossea e il ruolo che svolgono come giocatori (vedi video).
Senza accorgercene, il 10% del nostro scheletro viene rimodellato ogni anno. Le cellule osteoclaste sono responsabili della disgregazione dell'osso e gli osteoblasti della produzione di nuovo materiale osseo. Questa conoscenza è particolarmente importante per i dentisti, poiché gli osteoclasti svolgono un ruolo importante nella sostituzione dei denti, ma anche nell'integrazione degli impianti dentali nella struttura ossea naturale. Inoltre, difendono l'osso mascellare dalle infezioni batteriche e favoriscono la guarigione delle ferite in caso di estrazione di un dente.
"Un gioco deve essere divertente e motivante. Per farlo, dobbiamo semplificare i processi biologici senza distorcerli".Fabio Zünd
Dalla mappa mentale al gioco - con l'aiuto della matematica
Lo sviluppatore principale Grübel ha dovuto prima familiarizzare con l'argomento: "Ho guardato dei filmati didattici e ho riassunto tutte le cellule coinvolte, i loro compiti, le loro azioni e le loro interazioni in una mappa mentale". Poiché i processi del corpo si svolgono automaticamente, ha dovuto decidere quali elementi di essi sarebbero stati adottati dagli esseri umani nel gioco. "Ad esempio, quando il giocatore tocca lo schermo, l'osteoclasta invia sostanze messaggere per attirare le cellule staminali, che si sviluppano in osteoblasti che riparano l'osso", spiega Grübel. A volte i giocatori ricevono anche un aiuto simbolico: Nel terzo capitolo, controllano due rubinetti - uno per l'acido e uno per gli enzimi - con cui possono sciogliere l'osso con la giusta quantità delle due sostanze. Grübel programma questi meccanismi di gioco su Unity, una piattaforma su cui vengono sviluppati i giochi. "Per un gioco, anche il tempo deve muoversi nel computer e definire il passo successivo nel corso del gioco", spiega Grübel. "Unity fornisce già questo sfondo e, ad esempio, le leggi fisiche che dovrebbero essere applicate nel gioco". In fondo, tutte le meccaniche di gioco sono calcoli matematici, dice Grübel.
Nel triangolo tra gioco, scienza e formazione
Fabio Zünd, amministratore delegato del GTC, descrive la ricerca dell'equilibrio tra gioco, scienza e formazione come una sfida particolare: "Un gioco deve essere divertente e motivante. Per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo semplificare i processi biologici senza distorcerli", il che ha richiesto un intenso dialogo tra gli sviluppatori del gioco e i dentisti, i ricercatori e lo staff editoriale. "Alcune mosse del gioco ricordavano ai ricercatori modelli di conoscenza obsoleti. Abbiamo quindi dovuto lavorare insieme per capire come rappresentare le conoscenze attuali in modo significativo", spiega Grübel.
Schermate dell'applicazione "AR Osteoclasts"
-
Il gioco educativo si svolge sulla superficie dell'osso vicino a un vaso sanguigno. Per prima cosa, i giocatori devono trascinare le cellule staminali (sfere) nel punto contrassegnato per formare le cellule osteoclaste. (Immagine: Centro di tecnologia dei giochi, l'ETH) -
I giocatori si fanno carico di processi biochimici e biologici che altrimenti si svolgerebbero automaticamente.
(Immagine: Centro di tecnologia dei giochi, l'ETH) -
Una volta che gli studenti hanno raccolto un numero sufficiente di cellule staminali, si forma un osteoclasta girandoci intorno con un dito (in basso). (Immagine: Centro di tecnologia dei giochi, l'ETH) -
Gli osteoclasti dissolvono il materiale osseo con l'aiuto di acidi (rubinetto verde) ed enzimi (rubinetto blu). (Immagine: Centro di tecnologia dei giochi, l'ETH) -
Nel gioco, gli studenti assumono questa funzione ed elaborano l'osso con il giusto rapporto tra le due sostanze. Il display a forma di arcobaleno serve come aiuto. (Immagine: Centro di tecnologia dei giochi, l'ETH) -
Toccando lo schermo, l'osteoclasta invia sostanze messaggere (rosa) per attirare le cellule staminali, che si sviluppano in osteoblasti e ricostruiscono l'osso.
(Immagine: Centro di tecnologia dei giochi, l'ETH)
Un'altra sfida è stata quella di garantire che l'app funzionasse sul maggior numero possibile di dispositivi: "Al GTC di solito ci dedichiamo ai prototipi di ricerca, il che significa che funzionano su un solo dispositivo, ma possono fare cose pazzesche", spiega Zünd. Al contrario, AR Osteoclasts è un prodotto presente negli app store e destinato a raggiungere il maggior numero di persone possibile. Gli sviluppatori hanno quindi dovuto limitare la tecnologia di AR Osteoclasts in modo che l'applicazione funzionasse anche sui dispositivi più vecchi. L'artista digitale Violaine Fayolle ha ridimensionato il modello 3D dettagliato dell'osso su cui si trova il giocatore, in modo che i dispositivi non si surriscaldino durante la visualizzazione del gioco. Il modello 3D proviene dal produttore di filmati medici "interActive Systems", che ha partecipato allo sviluppo dell'app insieme all'editore.
Giocare o leggere?
La misura in cui gli studenti sono più motivati o addirittura imparano meglio grazie all'applicazione è attualmente analizzata in uno studio di accompagnamento. Tuttavia, entrambi gli informatici vedono nei giochi un grande potenziale educativo. "Con i giochi si può insegnare molto, ma è difficile sapere cosa si sta insegnando. Abbiamo bisogno di ulteriori risultati dalle scienze dell'apprendimento", afferma Grübel. In termini di equilibrio tra gioco e trasferimento di conoscenze, l'applicazione non è forse risultata così giocosa come Grübel avrebbe voluto, ma è soddisfatto del risultato, visto il breve tempo di sviluppo. "Rendere interattivi i contenuti dei libri è qualcosa di nuovo", afferma. Tuttavia, lo sviluppatore può ancora assecondare la sua passione per i giochi: Insieme a Bernd Stadlinger, che ha collaborato alla stesura del libro "Communication of Cells", il progetto sta entrando in una seconda fase. "Vogliamo realizzare il gioco in realtà virtuale, dove abbiamo più opzioni di interazione e possiamo esplorare come gli esseri umani interagiscono con i computer", dice Zünd.