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Electrónica impresa en 2021: Las aplicaciones emergentes se aceleran hacia la adopción

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La electrónica impresa/flexible lleva mucho tiempo siendo promocionada como la tecnología que hará que la electrónica sea omnipresente. Entre las aplicaciones prometidas se encuentran los sensores inalámbricos en los envases, los parches para la piel que se comunican con Internet y los edificios que detectan fugas para permitir un mantenimiento preventivo. Sin embargo, hasta hace poco estas aplicaciones se han quedado en gran medida en las fases de prototipo y desarrollo.

Sin embargo, 2021 ha sido un año apasionante para la electrónica impresa, con múltiples aplicaciones que alcanzan la adopción comercial y con importantes fondos que fluyen hacia el sector. Incluso cuando las tecnologías aún no se comercializan, las empresas están pasando cada vez más de desarrollar su tecnología y producir prototipos de demostración especulativos a proyectos de desarrollo y cualificación para clientes específicos.

Salud y bienestar: Utilizar la flexibilidad
Para comercializar con éxito la electrónica impresa/flexible es necesario identificar las aplicaciones en las que sus diferencias con la electrónica convencional añaden un valor significativo. Los parches electrónicos para la piel son un gran ejemplo de ello, ya que los dispositivos flexibles de película fina mejoran la comodidad del paciente al tiempo que permiten la monitorización continua de parámetros biométricos.

El interés por los parches electrónicos para la piel se ha acelerado realmente en 2021, con materiales dedicados desarrollados por grandes empresas como Dupont y Henkel, y los parches utilizándose en los hospitales. Este aumento de la tracción se atribuye en parte a la COVID-19, ya que tanto los pacientes como los profesionales de la salud se sienten ahora mucho más cómodos con las consultas a distancia que requieren un seguimiento en casa. Además, muchos sistemas sanitarios están luchando con una acumulación de pacientes tras la cancelación de operaciones/exámenes, lo que crea un impulso adicional para adoptar nuevas tecnologías que puedan mejorar la eficiencia, por ejemplo, facilitando un alta hospitalaria más temprana.

Automoción: Acompañar la transición a los vehículos eléctricos
Aunque la transición hacia la electrificación y la autonomía de los automóviles atrae mucha atención, va acompañada de la adopción de otras tecnologías que, en cierta medida, pasan desapercibidas. La creciente adopción de la electrónica impresa es un ejemplo de ello, con aplicaciones tanto en el interior como en el exterior (explorado con más detalle en el informe de IDTechEx "Printed and Flexible Electronics for Automotive Applications 2021-2031: Technologies and Markets").

Los interiores son objetivos especialmente prometedores para la innovación que añade valor a la experiencia de los ocupantes, ya que es más difícil para los fabricantes diferenciar los vehículos eléctricos en función del tren motriz. En este sentido, la electrónica impresa/flexible tiene muchas posibilidades de añadir funciones adicionales al habitáculo y facilitar una fabricación eficiente. Algunos ejemplos son la incorporación de pantallas de mayor rendimiento y superficies de control táctiles. De hecho, los sensores táctiles capacitivos retroiluminados que comprenden películas de malla metálica impresa transparente incrustada y piezas termoformadas, desarrollados por PolyIC, se han comercializado en los modelos de Volkswagen lanzados en 2021.

También hay un creciente interés en los calefactores para aplicaciones de automoción, ya que los vehículos eléctricos generan mucho menos calor residual. Aunque la electrónica impresa ya se utiliza para algunos calefactores de asientos, la implementación de calefactores fabricados con tintas conductoras resistivas o de coeficiente de temperatura positivo en las superficies mejoraría la eficiencia del calentamiento y, por tanto, ampliaría ligeramente la autonomía de los VE. También se están desarrollando y probando calefactores transparentes, que pueden estar hechos de malla metálica, nanotubos de carbono (CNTS) o nanocables de plata, y cuyas aplicaciones iniciales son las cubiertas de los faros y los sensores.

Envases inteligentes: Las innovaciones técnicas aumentan la viabilidad
Los envases inteligentes han recibido un importante impulso hacia su adopción generalizada en 2021, con dos empresas emergentes que han obtenido fondos por valor de 10 millones de dólares para aumentar la producción y ampliar sus capacidades técnicas.

Definido como la integración de funcionalidades electrónicas, como antenas y sensores, en el envolvente para seguir su progreso y estado a través de la cadena de suministro y en el hogar, el envolvente inteligente ha sido promocionado durante mucho tiempo como una aplicación prometedora para la electrónica impresa/flexible. Esto se debe a que, a diferencia de la electrónica rígida convencional, la electrónica impresa/flexible es teóricamente compatible con la producción rollo a rollo (R2R) de muy alto rendimiento para permitir los bajísimos costes de producción necesarios.

Sin embargo, a pesar de la adopción generalizada de las etiquetas RFID, los envolvente inteligentes con sensores integrados se han limitado hasta ahora a aplicaciones de nicho. Esto se debe principalmente a que los objetivos de coste para la mayoría de las aplicaciones de envolvente inteligente son extremadamente difíciles, especialmente porque es necesario incorporar una fuente de alimentación o capacidad de recolección de energía, uno o más sensores, un CI de procesamiento y una antena. Además, los envases inteligentes generalmente sólo añaden valor cuando facilitan una solución integrada junto con el software. Esto suele requerir entrar en un mercado a escala y ser adoptado simultáneamente por múltiples actores de la cadena de suministro.

En un intento de reducir el coste del hardware de los envolventes inteligentes, abriendo así la tecnología a aplicaciones de mayor volumen, se están desarrollando tecnologías de hardware innovadoras. PragmatIC, una empresa con sede en el Reino Unido que produce circuitos integrados de óxido metálico nativamente flexibles, recaudó 80 millones de dólares en financiación de serie C en octubre de 2021. La propuesta de valor clave de los circuitos integrados de Pragmatic es su bajo coste, potencialmente inferior a 1 céntimo de dólar cada uno. Aunque la RFID es la aplicación inicial, también se están desarrollando circuitos integrados algo más complejos para aplicaciones de detección.

Otra innovación prometedora para los envolventes inteligentes son los sensores que recogen energía de la radiación electromagnética ambiental. Desarrollados por la empresa estadounidense Wiliot, que recaudó 200 millones de dólares en una ronda de financiación de serie C, estos sensores inalámbricos sin batería se comunican por Bluetooth. La detección basada en eventos se utiliza para comunicar sólo cuando la posición del sensor cambia, y así reducir el consumo de energía. Los circuitos integrados de PragmatIC y Wiliot se montarán en sustratos flexibles y las antenas se fabricarán a menudo con tintas conductoras. Esta nueva metodología de fabricación, que combina componentes de impresión y montaje, se denomina "electrónica híbrida flexible (FHE)" y se recoge en un informe específico de IDTechEx.

Con esta inversión entrante que facilita el crecimiento de tecnologías que resuelven algunos puntos débiles de larga data, 2021 podría resultar ser el año en que se inicie la adopción de los envases inteligentes.

Edificios inteligentes e IoT: Combinar la detección y la recolección de energía

Los dispositivos IoT, definidos aquí como una red de sensores conectados de forma inalámbrica para aplicaciones domésticas e industriales, ofrecen ventajas como el mantenimiento predictivo y la supervisión del estado. Representan una gran oportunidad para la electrónica impresa/flexible, ya que deben ser asequibles y tener un factor de forma compacto para encajar en edificios, equipos industriales, etc.

A pesar de la clara propuesta de valor, la alimentación de los dispositivos IoT sigue siendo un reto, ya que la sustitución de las baterías es un derroche y resulta cara si se incluye el tiempo de mantenimiento. Un candidato emergente para resolver este problema es la fotovoltaica orgánica (OPV). Aunque la adopción a gran escala de la fotovoltaica orgánica ha resultado difícil, esta tecnología de captación de energía es muy adecuada para la captación de energía en interiores, ya que es más eficiente que la fotovoltaica de silicio bajo radiación difusa de baja intensidad. Las películas también son baratas de producir mediante el procesamiento de soluciones, mientras que su forma de película flexible y delgada mejora la durabilidad y las posibilidades de integración.

Las células OPV de interior para dispositivos IoT de baja potencia están siendo desarrolladas por empresas como Epishine, Dracula Technologies y Ribes Tech. Esta tecnología ganó tracción en 2021, con las células OPV de Epishine instaladas en productos de gestión de instalaciones disponibles en el mercado.

Otras aplicaciones de la electrónica impresa/flexible para la electrónica impresa en edificios inteligentes aprovechan la capacidad de producir dispositivos de gran superficie relativamente sencillos a un precio accesible. Entre las aplicaciones se encuentran la calefacción y la detección de fugas, ya sea integradas en los materiales de construcción o adaptadas. En 2021, la empresa británica Bare Conductive lanzó Laiier, dirigida a estas aplicaciones: la detección de fugas de bajo coste está resultando especialmente atractiva para el sector de los seguros, con múltiples proyectos en desarrollo.

El año que viene

Se espera que esta comercialización de la electrónica impresa/flexible continúe en 2022 a través de todas las tecnologías y aplicaciones descritas anteriormente, con sensores táctiles capacitivos hechos de malla metálica impresa, células OPV para la recolección de energía en interiores y parches electrónicos de piel cada vez más flexibles, todos ganando tracción.

 

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