Investigador doctoral Amit Barua y Leaf Skeleton de un árbol Bodhi. Crédito: Timo Laukkanen
Al usar los esqueletos de hoja como plantillas, los investigadores aprovecharon las estructuras fractales jerárquicas intrínsecas de la naturaleza para mejorar el rendimiento de dispositivos electrónicos flexibles. Los sensores portátiles y las pieles electrónicas son ejemplos de electrónica flexible.
Un equipo de investigación de la Universidad de Turku, Finlandia, ha desarrollado un enfoque innovador para replicar microestructuras bioinspiradas que se encuentran en los esqueletos de hoja de plantas, eliminando la necesidad de tecnologías de sala limpia convencionales. El trabajo se publica en la revista NPJ Flexible Electronics.
Los patrones fractales son estructuras autorreplicantes en las que la misma forma se repite a escamas cada vez más pequeñas. Se pueden crear matemáticamente y también ocurrir en la naturaleza. Por ejemplo, las ramas de los árboles, las venas de las hojas, las redes vasculares y muchos patrones florales, como la coliflor, siguen una estructura fractal.
Los investigadores crearon superficies que imitan los patrones fractales utilizando esqueletos de hoja de árboles secos. Se rociaron diferentes materiales de fabricación sobre los esqueletos de hoja, después de lo cual las nuevas superficies se separaron del esqueleto de la hoja, y los investigadores compararon las propiedades estructurales y la durabilidad de las superficies hechas de diferentes materiales.
Esta superficie biomimética, con más del 90% de precisión de replicación, es altamente compatible con aplicaciones electrónicas flexibles, que ofrece una mayor capacidad de estiramiento, unión conforme a la piel y una transpiración superior.
En la fila superior, las imágenes de primer plano de la estructura de la vena de la hoja de la planta Ficus Religiosa, y en la fila inferior, las imágenes de primer plano de la superficie biomimética que imitan las microestructuras de la hoja (hechas de polímero de nylon 6). Crédito: NPJ Flexible Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41528-025-00381-z
Las ventajas de las superficies basadas en patrones fractales son que sus estructuras jerárquicas autoprepadas maximizan el área de superficie mientras mantienen la flexibilidad mecánica de la superficie. Estos patrones únicos mejoran la capacidad de estiramiento de la superficie, y en los materiales electrónicos, la estructura mejora la conductividad eléctrica, la eficiencia energética, la disipación de energía y el transporte de carga.
Estas propiedades aseguran la durabilidad y el alto rendimiento bajo estrés mecánico, lo que hace que las superficies sean ideales para productos electrónicos flexibles de próxima generación, como sensores portátiles, electrodos transparentes y piel bioelectrónica.
En comparación con los fractales artificiales como el kirigami o el origami, los fractales esqueléticos de hoja ofrecen estructuras naturalmente optimizadas, jerárquicas y escalables. Proporcionan flexibilidad, transpirabilidad y transparencia superiores al tiempo que mantienen una alta relación superficie-área a volumen.
Si bien los esqueletos de hoja proporcionan excelentes estructuras fractales, no son inherentemente estirables, duraderos o escalables debido a sus dimensiones fijas y degradabilidad. Al replicar estos patrones utilizando polímeros estirables y duraderos utilizando esqueletos de hoja como plantillas, los investigadores pudieron crear superficies con una mayor flexibilidad y longevidad, lo que hace que la producción a gran escala también sea factible.
“Hemos logrado fusionar los diseños eficientes de la naturaleza con materiales modernos, lo que abre nuevas posibilidades de electrónica flexible y portátil”, dice el investigador doctoral Amit Barua de la Universidad de Turku.
Un sensor de presión hecho de las superficies que imitaban la estructura fractal de una hoja se montó directamente sobre la punta del dedo de una mano robótica usando cinta de encapsulación. Esta piel electrónica permitió que el dedo robótico detecte el contacto, ya que el sensor de presión reacciona al contactar. Esta tecnología también se puede utilizar en la detección del movimiento de las extremidades protésicas y la detección de movimiento humano. Crédito: Timo Laukkanen
Reducción del impacto ambiental
Para que estas superficies biomiméticas conducieran, los investigadores aplicaron una capa simple de nanocables metálicos, logrando una resistividad superficial de aproximadamente 20 Ω. Estas superficies conductoras se integraron luego en aplicaciones como la detección táctil, la calefacción y los dispositivos de piel electrónica.
Esta nueva técnica biomimética es más sostenible que los métodos tradicionales basados en la sala limpia, ya que requiere menos energía y puede realizarse fuera de los entornos controlados. El proceso también puede usar polímeros sostenibles, reduciendo aún más el impacto ambiental.
Para la producción a gran escala, se pueden usar modelos de diseño asistido por computadora (CAD) y simulaciones de métodos de elementos finitos (FEM) para replicar diseños bióticos con coleccionistas maestros. Además, los nanocables de plata se pueden reemplazar por materiales conductores más sostenibles según los requisitos del dispositivo.
“Para diseñar microestructuras sofisticadas con alta precisión, generalmente se requiere la fabricación de la sala limpia. Este nuevo enfoque biomimético tiene el potencial de evitar la necesidad de tecnologías de sala limpia al fabricar arquitecturas complejas, contribuyendo así a las bajas emisiones de carbono”, dice Barua.
Más información: Amit Barua et al, microfractales independientes biomiméticos para electrónica flexible, electrónica flexible NPJ (2025). Doi: 10.1038/s41528-025-00381-z
Proporcionado por la Universidad de Turku
Cita: aprovechar los fractales de la naturaleza para la electrónica flexible: la técnica de fabricación biomimética utiliza esqueletos de hoja como plantillas (2025, 24 de marzo) Recuperado el 24 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-harness-nature-fractals-flexible-electronics.htmll
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