Los productos electrónicos están en todas partes, desde la medicina y la agricultura hasta el embalaje y la logística, pero la forma en que se fabrican ha conllevado durante mucho tiempo altos costos ambientales.
En la Universidad de Tampere, el profesor Matti Mäntysalo y su grupo de investigación están desafiando el status quo mediante el avance de la electrónica impresa y métodos de fabricación de bajo consumo de energía que tienen el potencial de remodelar fundamentalmente la industria electrónica.
Esta investigación cubre todo el sistema de producción, en lugar de centrarse únicamente en componentes individuales. El objetivo es claro. Se trata de crear productos electrónicos que sean flexibles, escalables y dramáticamente sustentables sin sacrificar la usabilidad en el mundo real.
A partir de la fabricación
La fabricación de productos electrónicos tradicionales se basa en altas temperaturas, procesos químicos complejos y métodos que requieren un uso intensivo de materiales, como el grabado. La electrónica impresa invierte completamente esa lógica.
Utilizando técnicas adaptadas de la industria de la impresión, como la serigrafía, la impresión por inyección de tinta y la producción rollo a rollo, los componentes electrónicos se construyen capa por capa, agregando material solo donde es necesario. Se pueden imprimir rutas conductoras, sensores, condensadores e incluso transistores directamente sobre sustratos flexibles.
Este enfoque aditivo reduce significativamente los residuos y el uso de productos químicos en comparación con la fabricación tradicional de placas de circuito impreso. También consume mucha menos energía, principalmente debido a las temperaturas de producción mucho más bajas.
La reducción del uso de energía se traduce directamente en una reducción de las emisiones de carbono, creando beneficios de sostenibilidad claros y mensurables.
Las temperaturas más bajas también abren el potencial de nuevos materiales. Los materiales biodegradables de origen biológico que de otro modo serían destruidos mediante procesos tradicionales de alta temperatura ahora se pueden utilizar en electrónica funcional. Esto amplía el espacio del diseño mucho más allá de los metales y plásticos tradicionales.
Reducir la dependencia de materias primas críticas
Otro área de interés es la reducción de la dependencia de materias primas raras y potencialmente dañinas para el medio ambiente. Muchos componentes electrónicos modernos, especialmente las baterías, dependen de minerales críticos que son difíciles de obtener de manera sostenible.
El grupo de Mäntysalo está explorando alternativas como supercondensadores impresos que puedan fabricarse sin muchos de estos materiales.
En algunos entornos experimentales, las funciones electrónicas se pueden lograr utilizando materiales sorprendentemente cotidianos como carbono, sal, agua, papel, aluminio y pequeñas cantidades de plástico.
El objetivo no es sustituir la electrónica de alto rendimiento en aplicaciones exigentes, sino complementarla. Muchos casos de uso, como sensores desechables o dispositivos de monitoreo simples, no requieren el máximo rendimiento. La electrónica impresa permite a los diseñadores adaptar el uso de materiales y energía a las necesidades funcionales reales.
Cuando la electrónica está diseñada para desaparecer
Una de las ideas más radicales que surgen de esta investigación es la electrónica biodegradable. A primera vista, diseñar dispositivos electrónicos que se puedan desmontar puede parecer contradictorio.
Sin embargo, a medida que el número de dispositivos conectados crece hasta alcanzar los miles de millones y, eventualmente, los billones, no se pueden ignorar los desafíos al final de su vida útil.
Muchos sensores son de naturaleza desechable. Los diagnósticos médicos, el monitoreo ambiental y las aplicaciones agrícolas a menudo requieren dispositivos que no se pueden recuperar ni reutilizar. En estos casos, el reciclaje por sí solo no es suficiente.
El concepto es simple pero poderoso. Diseñe productos electrónicos que puedan descomponerse de forma segura en el entorno natural o ingresar a los flujos de reciclaje de papel y plástico existentes sin sufrir daños.
Este enfoque se está explorando en el proyecto de investigación SOIL llevado a cabo en colaboración con VTT. Este proyecto se centra en la electrónica biodegradable y flexible para el seguimiento del suelo.
Se han desarrollado sensores capaces de transmitir datos de forma inalámbrica utilizando materiales que se encuentran comúnmente en el suelo y combinados con procesos de fabricación aditiva a baja temperatura. Una vez completada la misión, el dispositivo se puede desmontar sin cambiar la composición del suelo.
Electrónica impresa en atención sanitaria y monitorización remota.
La sostenibilidad no es sólo ambiental, sino también social. La electrónica impresa tiene el potencial de transformar la atención médica al permitir herramientas de diagnóstico asequibles y fáciles de fabricar para uso doméstico.
Los sensores portátiles e impresos pueden monitorear signos vitales como la frecuencia cardíaca, la saturación de oxígeno, la frecuencia respiratoria, la temperatura corporal y la función cardíaca. Los datos se pueden enviar de forma inalámbrica a un sistema de monitoreo que analiza los resultados y emite alertas si es necesario.
Este modelo apoya el diagnóstico temprano, reduce las visitas hospitalarias innecesarias y mejora la atención de seguimiento después del alta.
Esto es especialmente valioso para áreas escasamente pobladas donde el acceso a hospitales y servicios especializados puede ser limitado. La electrónica impresa permite prestar servicios médicos a los pacientes y no al revés.
La fuerte posición de Finlandia en la electrónica Pinto
La electrónica impresa es un campo global, pero Finlandia tiene una posición inusualmente fuerte. El país figura como una de las principales publicaciones científicas del mundo sobre electrónica impresa y también se sitúa cerca de la cima en relación con el tamaño de su población.
Este liderazgo tiene sus raíces en una continuidad industrial única que reúne la silvicultura, la tecnología de recubrimientos, la experiencia en electrónica y la herencia de Nokia. La colaboración entre universidades, institutos de investigación y la industria desempeñará un papel central.
Uno de los principales ejemplos es el proyecto Sutronics, financiado con fondos europeos. El proyecto reúne a decenas de socios de toda Europa para abordar los desafíos de sostenibilidad en el sector de la electrónica. Entre los participantes finlandeses se encuentran la Universidad de Tampere, VTT y varias empresas tecnológicas, que reciben financiación estatal de Business Finland.
Este proyecto se centra en rediseñar productos electrónicos existentes y desarrollar productos completamente nuevos utilizando principios sostenibles.
Educar a la próxima generación de profesionales de la electrónica
El desarrollo de una electrónica sostenible también requiere nuevos tipos de experiencia. Mantisaro enfatiza la importancia de una base sólida en física, química y matemáticas, en lugar de una sobreespecialización temprana.
A nivel de doctorado, la Universidad de Tampere está trabajando en varias iniciativas destinadas a fortalecer la experiencia europea en microelectrónica. La Red Doctoral FERNS, financiada con fondos europeos, forma a investigadores para pensar en términos de economía circular, materiales de origen biológico y procesos de baja energía.
Los programas nacionales adicionales proporcionan un vínculo directo entre la investigación doctoral y la industria, lo que permite a los graduados avanzar sin problemas hacia campos aplicados.
Construyendo la electrónica del mañana
Para Mentisaro, la electrónica impresa es más que un simple cambio tecnológico: encarna nuevas formas de pensar sobre cómo se diseña, fabrica, utiliza y, en última instancia, se devuelve la electrónica al ciclo de los materiales.
En un momento en que la sostenibilidad se ha convertido en una cuestión definitoria para la industria electrónica, esa idea podría resultar tan importante como una sola innovación.
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