Microdistribución: De los semiconductores al sushi

Introducción

La expresión "microdosificación de fluidos" suele asociarse a aplicaciones como el montaje de dispositivos médicos o la fabricación de baterías. Desde luego, no evoca imágenes de sushi, al menos de momento. Sin embargo, si los ingenieros de IHI Aerospace y la Universidad de Yamagata se salen con la suya, el sushi impreso en 3D se servirá a los turistas espaciales mientras giran en órbita terrestre baja.

Sí, sushi impreso – la comida. IHI Aerospace participa en el desarrollo de una plataforma espacial comercial que podría utilizarse, entre otras cosas, para transportar civiles a órbita. La empresa ya está pensando en mejorar todos los niveles de la experiencia, incluida la comida.

To make sushi practical in orbit, where every gram of mass comes at a steep price, IHI had to look beyond specialty chefs, sharp knives, and coolers of fish and seafood. The solution? Printing the sushi with a lightweight countertop micro dispensing system. Al integrar la tecnología de válvula piezoeléctrica Nordson EFD PICO Pµlse con un robot compacto, el grupo creó un sistema de microdosificación de fluidos de precisión capaz de imprimir sushi que rivaliza con los productos del bar de sushi local (véase la figura 1).

Sushi y espacio

Los aventureros que busquen la emoción de un vuelo espacial orbital esperarán una experiencia inolvidable, de principio a fin. Querrán algo más exótico que un simple bocadillo. IHI Aerospace, dispuesta a explorar posibilidades creativas, se puso en contacto con la Universidad de Yamagata, que cuenta con un sólido programa de ingeniería aeroespacial y otro igualmente prestigioso de artes culinarias. La lluvia de ideas dio como resultado la idea de servir sushi en órbita. La cuestión era cómo.

El sushi es la quintaesencia de la cocina japonesa. No hay una larga lista de ingredientes ni una serie de complicadas técnicas culinarias que enmascaren los errores. Se basa en la más absoluta sencillez: ingredientes frescos, sabores equilibrados y una bella presentación. Esa misma sencillez hace que sea difícil prepararlo con éxito, sobre todo en el espacio.

En una decisión estratégica que abordaba tanto los retos culinarios como los de preparación de alimentos, el equipo de la Universidad de Yamagata eligió proteínas en forma de pasta en lugar de pescado o marisco sólidos. El uni (erizo de mar) y otras pastas de pescado son alimentos habituales en Japón y en muchas partes del mundo. Así, el concepto de sushi hecho con pasta de uni resulta familiar.

Las pastas tienen ventajas tanto para la calidad como para la logística. Las proteínas se recogen y envasan en su punto óptimo de sabor. Esto es especialmente beneficioso para el uni, que en forma sólida se degrada en uno o dos días, pasando de mantecoso y delicioso a viscoso y amargo. Las pastas envasadas son estables en los estantes, sin restos de comida que generen olores.

Las pastas proteínicas también son compatibles con la tecnología de dispensación de microfluidos sin contacto, lo que permite automatizar la preparación del sushi. Integrado en un robot compacto, el dispensador de fluidos adecuado podría depositar la pasta de forma que imitara el aspecto de una proteína de sushi tradicional. La unidad podría instalarse en una cocina y producir varios tipos de sushi con sólo pulsar un botón (véase la figura 2).

Los retos

El desarrollo de sushi imprimible era un concepto innovador y presentaba una serie de retos. La aplicación requería dispensar un volumen específico de pasta uni sobre un lecho de arroz en un patrón y una ubicación concretos. La pasta uni es un fluido de alta viscosidad que requiere una presión bien controlada para su dispensación. La boquilla debía ser lo suficientemente ancha para evitar obstrucciones, pero lo suficientemente estrecha para proporcionar una deposición controlada. Además, en caso de obstrucción, las boquillas debían poder limpiarse.

Desde el punto de vista culinario, la cuestión de la limpieza tenía otra vuelta de tuerca. El objetivo del programa era crear un sistema para producir cuatro tipos diferentes de sushi impreso en forma de pasta: uni, pescado blanco, cangrejo y gambas. El sistema tenía que poder pasar de uno a otro sin que quedaran residuos de sabor.

Para hacer frente a estos retos y construir su prototipo, el equipo de la Universidad de Yamagata recurrió a Nordson EFD Japón.

La solución

Cuando el equipo de diseño de la Universidad IHI/Yamagata se puso en contacto con ellos, los ingenieros de aplicaciones de Nordson EFD Japan se sorprendieron y se interesaron por el caso de uso único. Aunque el producto que se dosificaba era poco ortodoxo, la tarea era la misma de siempre: encontrar una forma eficaz de dosificar un volumen preciso de fluido a una velocidad determinada.

Y la forma en que el equipo de Nordson EFD desarrolló la solución también fue la misma: consultar con el cliente para determinar los requisitos, identificar y abordar los retos, especificar un sistema y realizar pruebas para garantizar un rendimiento preciso y fiable.

Ideally, the uni paste would be deposited without disturbing the bed of rice. This called for a jetting valve. El equipo de Nordson EFD recomendó el sistema de válvula de chorro Nordson EFD PICO Pµlse. El sistema utiliza un actuador piezoeléctrico para una dosificación sin contacto o por chorro suave y precisa incluso de fluidos muy espesos.

Las válvulas piezoeléctricas son de muy alta resolución y fiables, con una larga vida útil. Estas características permiten al usuario adaptar la longitud de la carrera, controlando con precisión la cantidad dispensada. Esta característica permite a la válvula de chorro PICO Pµlse optimizar la deposición para conseguir un aspecto uniforme en pastas de sushi con diferentes consistencias. Desde una perspectiva operativa, las válvulas piezoeléctricas ofrecen las ventajas de una larga vida útil y una gran fiabilidad.

Además, la PICO Pµlse es un producto modular, que ofrece una gran flexibilidad y permite configurarla de forma ideal para cada aplicación. Un cierre sin herramientas permite cambiar la cámara de fluido de forma rápida y sencilla. Los intercambios rápidos son tan útiles durante la creación de prototipos como una vez que el producto está en funcionamiento. La posibilidad de intercambiar rápidamente las piezas que transportan el fluido permite que la válvula cumpla su función de dispensar diferentes tipos de pastas y sea fácil de limpiar.

El equipo de IHI Aerospace/Universidad de Yamagata combinó la válvula PICO Pµlse con el controlador de la válvula Nordson EFD PICO Tomch y el depósito de fluido para obtener una solución integral que combinaba la facilidad de integración con un funcionamiento preciso y fiable.

El siguiente paso fue elegir la boquilla óptima para manipular las pastas proteínicas. Nordson EFD recomendó una boquilla plana con un orificio de 300 micras. Esta boquilla tiene una apertura lo suficientemente amplia como para garantizar una deposición suave y controlada de las pastas proteínicas, minimizando al mismo tiempo el riesgo de obstrucciones. Esta boquilla se recubrió con un revestimiento hidrófilo especial utilizado para fluidos pegajosos. Reduce la tensión superficial de la vía húmeda para mejorar la consistencia de la microdosificación.

Una vez especificado el sistema, comenzó el verdadero trabajo: evaluar la solución en las instalaciones de pruebas específicas de Nordson EFD Japan. El equipo de Nordson montó un banco de pruebas y lo puso a prueba en diversas condiciones para garantizar un funcionamiento preciso y fiable.

Resultados

El equipo combinado de IHI Aerospace, la Universidad de Yamagata y Nordson EFD Japan construyó un prototipo de sistema de dosificación automatizado capaz de imprimir sushi en 3D. El producto tiene un aspecto artístico y uniforme, una y otra vez (véase la figura 3). El sistema de dosificación piezoeléctrico PICO es tan fiable que el equipo de la Universidad de Yamagata lo demostró con éxito en una importante feria japonesa, sirviendo golosinas a los dignatarios visitantes.

Aunque el sushi imprimible para comidas orbitales es un caso de uso ciertamente exótico, la comida imprimible en general podría tener un impacto mucho más amplio. El equipo de la Universidad de Yamagata, por ejemplo, espera seguir explorando esta tecnología para el servicio de comidas en hospitales, residencias de ancianos y centros de cuidados de larga duración.

Conclusión

The PICO Pµlse jet valve tackled the extraordinary application of printing sushi, but that just scratches the surface of its capabilities. Este sistema de microdosificación combina una gran precisión y repetibilidad con una gran versatilidad, lo que lo hace muy eficaz para un sinfín de aplicaciones tanto dentro como fuera de los nichos industriales estándar.

Tráiganos sus aplicaciones más complejas y encontraremos una solución. Nuestra filosofía es que el trabajo no termina hasta que hemos desarrollado y probado a fondo un sistema que satisface las necesidades del cliente y le permite alcanzar el éxito en el futuro.

Hemos desarrollado un sistema capaz de imprimir sushi. Imagínese lo que podemos hacer por usted.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la microdosificación de fluidos?

Micro fluid dispensing is a manufacturing process where a precise micron or nanoliter amount of fluid is applied to a substrate. These fluids range from standard oils, sealants, adhesives, to high-performance assembly fluids. The application of accurate, consistent amounts of these fluids is used in virtually every manufacturing process. Para obtener más información sobre cómo Nordson EFD sirve al mercado de la dosificación de fluidos de precisión, haga clic aquí.

¿Qué es una válvula chorro?

Una válvula de chorro es una tecnología de dosificación de fluidos sin contacto que permite a los fabricantes depositar con precisión fluidos de montaje sobre cualquier superficie, incluidas superficies irregulares o de difícil acceso. Las válvulas de chorro funcionan con tecnologías piezoeléctricas o neumáticas que les permiten dosificar pequeñas cantidades de fluido con extrema precisión y repetibilidad a altas velocidades. Para saber más sobre cómo Nordson EFD sirve al mercado de las válvulas de chorro, haga clic aquí.

¿Qué son las pastas proteicas?

Las pastas proteínicas son un medio estable de suministrar diversas formas de proteínas perecederas en una forma que permite a los consumidores consumirlas mucho después de la fecha de caducidad tradicional. En el caso de las aplicaciones imprimibles para sushi, esta pasta se compone de pescado o marisco sólido.

Las pastas tienen ventajas tanto para la calidad como para la logística. Las proteínas se recolectan y envasan en su punto óptimo de sabor. Las pastas envasadas son estables en los estantes sin restos de comida que generen olores.

¿Qué es la impresión 3D de alimentos?

La impresión 3D de alimentos es una forma de crear alimentos comestibles mediante un proceso de impresión 3D aditivo automatizado. En general, un alimento impreso en 3D se elabora capa por capa con una forma predeterminada. Los alimentos impresos en 3D suelen estar compuestos por alimentos que empiezan como una pasta o papilla. Normalmente, estas pastas o papillas se introducen en un bote y se colocan en una impresora.

¿Cuál es la asociación que ha desarrollado la aplicación de sushi imprimible en 3D?

La asociación que ha colaborado en el desarrollo de esta aplicación de sushi imprimible en 3D incluye a IHI Aerospace, la Universidad de Yamagata y Nordson EFD.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller, Global Market Development Manager, es responsable del desarrollo del mercado global en Nordson EFD. Sus actividades se centran en la consolidación y el desarrollo de las oportunidades para EFD en los sectores de los vehículos eléctricos y las ciencias de la vida, especialmente en los mercados de las baterías para vehículos eléctricos y dispositivos de diagnóstico médico. Muge cuenta con más de 13 años de experiencia en gestión de productos y mercados. Se incorporó a Nordson EFD en 2018.