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Diseño Inteligente Ayudado por Enfoques Matemáticos: Fabricación Adaptativa, Sostenibilidad y Materiales Biomiméticos

Autores: Kantaros, Antreas; Ganetsos, Theodore; Pallis, Evangelos; Papoutsidakis, Michail

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Diseño Inteligente Ayudado por Enfoques Matemáticos: Fabricación Adaptativa, Sostenibilidad y Materiales Biomiméticos


Categoría

Procesos industriales

Subcategoría

Diseño de procesos industriales

Palabras clave

Sostenibilidad
Materiales inteligentes biomiméticos
Tecnologías de fabricación
Soluciones de diseño adaptativo
Materiales sensibles a estímulos
Principios de diseño temporal

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 18

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La creciente importancia de los imperativos de sostenibilidad ha requerido una profunda reconsideración de la interacción entre los campos de materiales, fabricación y diseño. Los materiales inteligentes biomiméticos, como los polímeros con memoria de forma, los hidrogeles y los compuestos electroactivos, representan una oportunidad para combinar adaptabilidad, capacidad de respuesta e inteligencia ecológica en sistemas y productos. Este trabajo revisa la confluencia de dichos materiales con tecnologías de fabricación de vanguardia, en particular la impresión aditiva y la impresión 4D, y cómo su combinación abre la puerta a la realización de soluciones de diseño adaptativas, de bajo desperdicio y sensibles al tiempo. A través de modelado computacional y simulaciones matemáticas, se puede predecir y optimizar el rendimiento adaptativo de estos materiales, apoyando la integración funcional con alta precisión. Sobre la base de estudios de caso en medicina regenerativa, arquitectura, dispositivos portátiles y diseño de productos sostenibles, este trabajo formula la posibilidad de estrategias biomiméticas para cambiar los paradigmas de diseño de estáticos a dinámicos, de productos fijos a sistemas evolutivos. Las principales categorías de materiales de respuesta a estímulos se revisan sistemáticamente, se esbozan los flujos de trabajo existentes de impresión 4D y se discute cómo los principios de diseño temporal están revolucionando la producción, la interacción y la gestión del ciclo de vida. Se presentan avances cuantitativos como eficiencias de actuación que superan el 85%, mejoras en la resolución de impresión de hasta 50 micrómetros y ahorros de material en el ciclo de vida de más del 30%, donde están disponibles, para subrayar el impacto medible. Se debaten críticamente desafíos como la escalabilidad de los materiales, la integración de procesos y la escasez de educación en diseño. También se abordan implicaciones éticas y culturales como la autonomía de los materiales, la transparencia y los paradigmas de diseño interculturales. Al identificar limitaciones existentes y proponer un marco a prueba de futuro, este trabajo se posiciona dentro de la discusión en curso sobre diseño regenerativo e interdisciplinario. En última instancia, contribuye al avance de la innovación sostenible al equipar a investigadores y profesionales con un conjunto de herramientas adaptables basadas en la biomimética, la inteligencia computacional y el pensamiento de diseño temporal.

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