El proyecto Biomimat II representa la continuación de los logros alcanzados en Biomimat I, donde se desarrollaron prototipos texturizados inspirados en el pez tilapia y el colémbolo para mejorar la limpiabilidad frente a residuos grasos simples. En esta segunda fase, el reto se amplía al abordar residuos más complejos de naturaleza proteica y mixta, presentes en escenarios industriales más exigentes y realistas.
Inspirado en la naturaleza, Biomimat II se basa en las propiedades autolimpiantes de la planta Calathea zebrina, conocida por su capacidad para repeler el agua y eliminar partículas de suciedad de manera eficiente. Con este enfoque, se busca desarrollar superficies funcionales que no solo faciliten la limpieza industrial, sino que también reduzcan el consumo de agua, energía y productos químicos, contribuyendo así a una mayor sostenibilidad.
Ilustración 1.Hojas Calathea Zebrina
Ilustración 2.Microestructura Calathea
Desarrollo de prototipos: Innovación bioinspirada
Se desarrollaron tres prototipos de poliuretano termoplástico (TPU) utilizando dos enfoques complementarios: texturización con acabados hidrofóbicos y recubrimientos hidrofílicos, con el objetivo de analizar las diferencias en su limpiabilidad frente a residuos complejos.
- Prototipo ligeramente hidrófilo (TPU sin tratar):
El poliuretano base, empleado como referencia, presentó un ángulo de contacto de 80°, característico de un comportamiento ligeramente hidrófilo. Esta propiedad mejora la interacción con líquidos, permitiendo que el agua se extienda parcialmente sobre la superficie, favoreciendo su limpieza.
- Prototipo hidrófobo microestructurado:
Inspirado en la planta Calathea zebrina, este prototipo replicó microestructuras hidrofóbicas mediante tecnología láser, transferidas al poliuretano utilizando el equipo Thermal-Nil. Estas microestructuras alcanzaron un ángulo de contacto elevado (>100°). Disponer de superficies con mayores propiedades hidrofóbicas podría reducir la adhesión inicial de los residuos grasos y por lo tanto mejorar su limpiabilidad.
La hidrofobia permite que las gotas de agua formen esferas que resbalan fácilmente por la superficie. A priori esto reduce la superficie de contacto entre el agua (agente limpiador) y la superficie (menor mojabilidad) lo que reduciría la eficacia de la limpieza, pero por otro lado las gotas esféricas perfectas del agua se deslizarán fácilmente por la superficie favoreciendo el arrastre de los residuos, lo que mejorará la eficacia de los primeros aclarados de la etapa de limpieza, pudiendo provocar una mejora de la eficacia del proceso total de limpieza de la superficie.
Por este motivo, el diseño se enfoca en evaluar si la repelencia inicial ofrecida por la hidrofobia compensa su menor eficacia general, especialmente frente a residuos complejos que pueden quedar atrapados en las microestructuras rugosas.
Ilustración 3. Prototipo microestructurado
- Alternativa hidrofílica: Prototipo con recubrimiento químico:
Se aplicó un tratamiento superficial mediante la deposición de una capa nanométrica de dióxido de silicio (SiO₂), logrando un ángulo de contacto inferior a 10°, lo que confirma una hidrofilia extrema. Esta propiedad mejoraría drásticamente la mojabilidad permitiendo que el agua se extienda completamente sobre la superficie y favoreciendo, en teoría, su interacción con el residuo favoreciendo su eliminación.
Resultados: Eficiencia frente a residuos complejos
Los prototipos fueron sometidos a un proceso de ensuciado estandarizado, diseñado específicamente para este estudio, simulando un residuo alimentario complejo de naturaleza proteica y grasa al que se le añadió un indicador fluorescente. Esto permitió evaluar el grado de eficacia de la limpieza mediante el análisis de la eliminación de la fluorescencia residual en la superficie.
El siguiente gráfico muestra el porcentaje de suciedad restante en cada prototipo tras diferentes pasadas de limpieza, permitiendo comparar su eficacia en la eliminación de residuos complejos.
lustración 4. Gráfico comparativo
Hallazgos y conclusiones
- Prototipo texturizado
Aunque la replicación de microestructuras hidrofóbicas permitió una reducción inicial de la adhesión de residuos, su comportamiento frente a residuos complejos no mostró mejoras significativas en cuanto al limpieza total. La acumulación de residuos en las texturas limita su eficacia, lo que actualmente descarta su viabilidad para aplicaciones industriales generalizadas. Sin embargo, este diseño presenta un potencial interesante para adaptaciones futuras, combinándolo con recubrimientos o mejorando el diseño de las microestructuras.
- Prototipo tratado con recubrimiento químico
El recubrimiento hidrofílico mejoró notablemente la capacidad de limpieza, lo que lo posiciona como la opción eficaz. Por lo tanto, la búsqueda de acabados superficiales que mejoren su hidrofilia tiene impacto directo con la mejora de la eficacia de la limpieza
Sin embargo, se trata de un recubrimiento cuyo efecto está limitado en el tiempo (durabilidad). Esta falta de estabilidad a lo largo del tiempo lo hace poco viable para aplicaciones industriales continuas.
Este enfoque podría optimizarse mediante el desarrollo de recubrimientos más estables y duraderos en el tiempo, de modo que se mantenga su alta eficacia inicial a lo largo del proceso de limpieza necesario para la eliminación total del residuo de las superficies.
- Poliuretano base (PU sin tratar)
El poliuretano base presentó un desempeño estable y equilibrado, permitiendo una limpieza eficaz con un menor número de pasadas que el resto de las superficies modificadas estudiadas. Se trata de un material avanzado diseñado para mejorar la higiene de las cintas transportadoras. Con el resultado obtenido se confirma que efectivamente se trata de una superficie fácilmente limpiable, donde las propuestas de mejora estudiadas no han logrado mejorar su limpiabilidad.
Los resultados obtenidos en Biomimat I y Biomimat II evidencian que las propiedades hidrofílicas constituyen un enfoque prometedor para optimizar la limpieza de superficies, independientemente de la composición del residuo (graso, proteico o mixto). Las investigaciones futuras deberán centrarse en el diseño de materiales avanzados que combinen una hidrofilia duradera y estable con configuraciones superficiales optimizadas, capaces de responder eficazmente a las demandas específicas de los entornos industriales.
El desarrollo de Biomimat II reafirma la relevancia de los enfoques bioinspirados en el diseño de superficies funcionales más higiénicas. Los tratamientos texturizados y químicos han demostrado su capacidad para mejorar la limpieza en condiciones específicas; no obstante, resulta fundamental avanzar en el equilibrio entre eficiencia operativa y durabilidad del tratamiento para maximizar su aplicabilidad en entornos industriales.
