Cloud labs: como a nuvem está ajudando a transformar o ensino de biotecnologia no mundo
Objetivo: Relacionar o conceito de cloud labs e ensino mediado por IoT (Internet of Things) com o ODS 4 – Educação de qualidade, com enfoque no ensino de biotecnologia.
Enzo Bonaldi Silva
Aluno de graduação em Biotecnologia, Universidade de São Paulo.
Em um contexto mundial profundamente marcado pelas desigualdades socioeconômicas, evidentes tanto na comparação da disponibilidade de recursos entre diferentes países e regiões quanto entre estratos sociais coabitantes, países em desenvolvimento costumam enfrentar, em relação a nações desenvolvidas, maiores dificuldades na produção e aplicação de novos conhecimentos [1]. Nesse sentido, o Objetivo de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 4 da ONU – Educação de qualidade – busca promover o acesso igualitário à educação de qualidade e às oportunidades de aprendizagem, instituindo certas metas destinadas especialmente para a redução das desigualdades educacionais nos Estados em desenvolvimento [2].
Assim, a educação superior [3] e, mais especificamente, a educação em STEM (acrônimo que agrupa os conhecimentos em Ciência, Tecnologia, Engenharias e Matemática) [4] são frequentemente citadas como fatores que possuem uma grande responsabilidade no desenvolvimento econômico e social das nações, empoderando, nestas, a inovação e a produtividade essenciais para o crescimento sustentável.
O problema do acesso a práticas laboratoriais de qualidade
Como qualquer outro âmbito da ciência, as ciências da vida (campo que abarca a biotecnologia) são uma área do conhecimento que requer um extenso envolvimento do estudante em atividades práticas para a assimilação de habilidades relevantes à sua atuação profissional [5]. Apesar disso, a falta de recursos financeiros, infraestrutura, equipamentos laboratoriais e reagentes, sobretudo em regiões menos desenvolvidas, inviabiliza tais experiências, comprometendo o desempenho acadêmico de muitos estudantes.
Nesse contexto, ao longo das últimas décadas, a educação superior tem assimilado abordagens que implementam diretamente tecnologias digitais no processo de aprendizagem, democratizando o acesso a experiências práticas enquanto reduzem custos e se adaptam a necessidades individuais dos alunos e instituições [3]. Na biotecnologia e em áreas correlatas, essas tecnologias são frequentemente empregadas nos chamados “laboratórios virtuais” – experiências que buscam replicar o ambiente laboratorial utilizando ilustrações digitais ou modelagem em 3D, permitindo aos alunos simular experimentos, coletar e interpretar resultados e construir conclusões, de forma a solidificar conhecimentos teóricos obtidos em aula [5]. No entanto, tais abordagens possuem limitações – como a dificuldade de simular de forma fidedigna todas as variáveis envolvidas no trabalho experimental – fato que justifica o interesse no desenvolvimento de novas estratégias educacionais ainda mais completas e imersivas.
Figura 1 — Workstation desenvolvido pela empresa Transcriptic, contendo um robô misturador de líquidos, incubadoras e espectrofotômetros. Fonte: RIEDEL-KRUSE, 2017.
Internet of Things e cloud labs: novos paradigmas na educação em biotecnologia
Os recentes avanços nas tecnologias da informação levaram a uma gama de novas aplicações para a IoT (Internet of Things, ou “Internet das Coisas”), estrutura computacional que permite controlar e automatizar dispositivos eletrônicos à distância, por meio da “nuvem” [6]. Anteriormente desenvolvida com enfoque em aplicações domésticas – como sistemas de monitoramento, eletrodomésticos e interruptores – e industriais, a IoT vem se inserindo cada vez mais rapidamente no ambiente educacional, ajudando a produzir experiências de aprendizagem mais imersivas e sustentáveis [7].
Nesse sentido, os cloud labs são plataformas nas quais equipamentos de bancada (como microscópios, equipamentos de cultivo celular e sensores ópticos, por exemplo) são controlados e monitorados remotamente, permitindo a realização de experimentos à distância [6,8,9]. Essas tecnologias promovem a democratização do ensino de biotecnologia por meio da redução de barreiras de acesso a equipamentos laboratoriais custosos, maior biossegurança e menores custos de treinamento de pessoal [9].
Cloud labs com diferentes arranjos de equipamentos têm sido desenvolvidos para diversos propósitos. Uma plataforma desenvolvida pela startup Transcriptic (Figura 1), por exemplo, acopla robôs misturadores de líquidos com incubadoras e espectrofotômetros (equipamentos que permitem detectar a quantidade de luz absorvida por um líquido, úteis para medir a densidade bacteriana em amostras, nesse exemplo) de forma a monitorar o crescimento de bactérias na ausência e na presença de diferentes antibióticos [9]. A tecnologia, aplicada em uma aula experimental a estudantes de pós-graduação da Universidade de Stanford, produziu reações positivas quanto ao seu potencial educacional, com muitos alunos pontuando que sua interface era intuitiva e que o fato de que os experimentos eram executados em tempo real os tornavam mais interessantes.
Em outro estudo [10], estudantes de diferentes países americanos acompanharam o crescimento de embriões de Zebrafish (espécie de peixe comumente utilizada na pesquisa científica) e de neuroblastomas (tipo de célula do sistema nervoso) após a administração de diferentes drogas, como a cafeína, a nicotina e substâncias utilizadas em fertilizantes e pesticidas, de forma a avaliar se os compostos causariam alguma alteração do desenvolvimento (Figura 2). A observação foi mediada por microscópios associados a câmeras, que transmitiam ao vivo as imagens captadas aos dispositivos eletrônicos dos alunos.
Figura 2 — Embriões de Zebrafish observados pelos estudantes 141 horas após a administração de nitrato de amônio, composto comumente utilizado em fertilizantes. Fonte: BAUDIN, 2022.
Em conclusão, é possível notar que a tecnologia dos cloud labs possui diversas vantagens na promoção do acesso a oportunidades educacionais para estudantes de instituições de ensino com baixa disponibilidade de recursos, alinhando-se com as metas definidas pelo ODS 4. No entanto, é importante ressaltar que a abordagem possui limitações, como a dificuldade em alcançar estudantes em áreas com pouco ou nenhum acesso à internet e o fato de que não permite o aprendizado da manipulação de equipamentos laboratoriais de forma palpável, o que é de suma importância para a assimilação de boas práticas laboratoriais, e que justifica a continuidade da luta pelo acesso igualitário a uma infraestrutura de ensino de qualidade.
Referência:
[1] AROCENA, R.; GÖRANSSON, B.; SUTZ, J. Knowledge policies and universities in developing countries: Inclusive development and the “developmental university”. Technology in Society, v. 41, p. 10–20, maio 2015.
[2] ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS (ONU). Transforming our world: the 2030 Agenda for Sustainable Development. Nova York: ONU, 2015. Disponível em: https://digitallibrary.un.org/record/1654217?ln=en&v=pdf. Acesso em: 20 mar. 2026.
[3] SILVA, R. M. DA. A EDUCAÇÃO SUPERIOR E SEU PAPEL DE RELEVÂNCIA NO DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E SOCIAL DAS NAÇÕES. Revista Ibero-Americana de Humanidades, Ciências e Educação, v. 10, n. 9, p. 2157–2171, 17 set. 2024.
[4] ASLAM, S. et al. Challenges in Implementing STEM Education: Insights from Novice STEM Teachers in Developing Countries. Sustainability, v. 15, n. 19, p. 14455, 1 jan. 2023.
[5] BYUKUSENGE, C.; NSANGANWIMANA, F.; TARMO, A. P. Effectiveness of Virtual Laboratories in Teaching and Learning Biology: A Review of Literature. International Journal of Learning, Teaching and Educational Research, v. 21, n. 6, p. 1–17, 30 jun. 2022.
[6] PARKS, D. F. et al. IoT cloud laboratory: Internet of Things architecture for cellular biology. Internet of Things, v. 20, p. 100618, 1 nov. 2022.
[7] ZEESHAN, K.; HÄMÄLÄINEN, T.; NEITTAANMÄKI, P. Internet of Things for Sustainable Smart Education: An Overview. Sustainability, v. 14, n. 7, p. 4293, 4 abr. 2022.
[8] VERA-CHOQQUECCOTA, S. et al. Reducing education inequalities through cloud-enabled live-cell biotechnology. Trends in Biotechnology, v. 43, n. 1, p. 43–60, ago. 2024.
[9] RIEDEL-KRUSE, I. H. Incorporating a Commercial Biology Cloud Lab into Online Education. Lecture Notes in Networks and Systems, v. 22, p. 331–343, 13 set. 2017.
[10] BAUDIN, P. V. et al. Cloud-controlled microscopy enables remote project-based biology education in underserved Latinx communities. Heliyon, v. 8, n. 11, p. e11596–e11596, 1 nov. 2022.
