Biomimetics as a strategy for the development of bioinspired structures for energy absorption based on fruits
Resumen
Esta revisión busca actualizar nuestro conocimiento sobre frutas, sus estructuras, sus materiales para el desarrollo de productos bioinspirados y sus respectivas aplicaciones relacionadas con la absorción de energía y la disipación de impactos. En la naturaleza, encontraremos multitud de estructuras biológicas que cumplen la función de protección y resistencia a los choques. Este estudio se centra en una de las funciones biológicamente más importantes que se encuentran en el embalaje natural, que consiste en la protección directa o indirecta contra daños mecánicos u otras influencias ambientales negativas que involucran la resistencia a los choques, así como la absorción de energía. A través de la revisión sistemática de la literatura, que incluye toda la investigación revisada por pares, se seleccionaron 21 estudios de investigación documentos que son relevantes para el objetivo de asegurar una búsqueda integral. Se identificaron tres bases de datos de investigación: (I) web of Science, (II) Scopus y (III) Science Direct. Solo se incluyeron estudios empíricos primarios. La revisión identificó varias situaciones en las que se introduce la metodología Biomimética y Bioinspiración para mejorar y resolver problemas tecnológicos mediante el análisis, la abstracción, la adaptación y la transposición de principios biológicos al mundo técnico. Los resultados indicaron que las estructuras basadas en frutas podrían mejorar la eficiencia de la estructura que tiene la función de proporcionar un absorbente bioinspirado eficaz para una multitud de diseños de productos. Aunque existen varios estudios, se necesita más investigación para el uso de nuevas tecnologías y nuevos escenarios para asegurar recomendaciones que puedan implementar la mejora del desarrollo de diseño bioinspirado.
Citas
Antreich, S. J.; Xiao, N.; Huss, J. C.; Horbelt, N.; Eder, M.; Weinkamer, R., & Gierlinger, N. (2019). The Puzzle of the Walnut Shell: A Novel Cell Type with Interlocked Packing. Advanced Science, 1900644. https://doi:10.1002/advs.201900644
Benyus, J. M. (2002). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. Harper Perennial. Bührig-Polaczek, A.; Fleck, C.; Speck, T.; Schüler, P.; Fischer, S. F.; Caliaro, M., & Thielen, M. (2016). Biomimetic cellular metals—using hierarchical structuring for energy absorption.
Bioinspiration & Biomimetics, 11(4), 045002. https://doi:10.1088/1748-3190/11/4/045002 Conforto, E. C.; Amaral, D. C.; Silva, S. L. (2011); Roteiro para revisão bibliográfica sistemática: aplicação no desenvolvimento de produtos e gerenciamento de projetos. In: 8º.
Congresso Brasileiro de Gestão de Desenvolvimento de Produto - CBGDP 2011, Porto Alegre, RS, Brasil. Instituto de Gestão de Desenvolvimento do Produto – IGDP. Anais. Porto Alegre: IGDP. Website. https://repositorio.usp.br/item/002833837
Fischer, S. F.; Thielen, M.; Loprang, R. R.; Seidel, R.; Fleck, C.; Speck, T., & Bührig-Polaczek, A. (2010). Pummelos as Concept Generators for Biomimetically Inspired Low Weight Structures with Excellent Damping Properties. Advanced Engineering Materials, 12(12), B658–B663. https://doi:10.1002/adem.201080065
Fischer, S. F.; Thielen, M.; Weiß, P.; Seidel, R.; Speck, T.; Bührig-Polaczek, A., & Bünck, M. (2013). Production and properties of a precision-cast bio-inspired composite. Journal of Materials Science, 49(1), 43-51. https://doi:10.1007/s10853-013-7878-4
Flores-Johnson, E. A.; Carrillo, J. G.; Zhai, C. et al. Microstructure and mechanical properties of hard Acrocomia mexicana fruit shell. Sci Rep 8, 9668 (2018). https://doi.org/10.1038/ s41598-018-27282-8
Kaupp, G., & Naimi-Jamal, M. R. (2011). Nutshells’ mechanical response: from nanoindentation and structure to bionics models. Journal of Materials Chemistry, 21(23), 8389. https://doi:10.1039/c0jm03713c
Langella, C. (2019). Design & scienza. List. ISBN 8832080079. Li, T. T.; Wang, H.; Huang, S.-Y.; Lou, C.W., & Lin, J.-H. (2019). Bioinspired foam composites resembling pomelo peel: Structural design and compressive, bursting and cushioning properties. Composites Part B: Engineering, 172, 290–298. https://doi:10.1016/j.compositesb.2019.04.046
Looyrach, J.; Methacanon, P.; Gamonpilas, C.; Lekpittaya, P., & Lertworasirikul, A. (2015). Pomelo (Citrus maxima) Peel-Inspired Property for Development of Eco-Friendly LooseFill Foam. Key Engineering Materials, 659, 279-283. https://doi:10.4028/www.scientific.net/kem.659.279
Lu, C.; Hou, S.; Zhang, Z.; Chen, J.; Li, Q., & Han, X. (2019). The mystery of coconut overturns the crashworthiness design of composite materials. International Journal of Mechanical Sciences, 105244. https://doi:10.1016/j.ijmecsci.2019.105244
Oliveira, A. R. M. (2020). Immersive virtual reality environment as a strategic tool to enhance the user experience. Cuadernos Del Centro De Estudios De Diseño Y Comunicación, (87). https://doi.org/10.18682/cdc.vi87.3770
Org. Arruda et al. Tópicos em design: biomimética, sustentabilidade e novos materiais. Curitiba, PR: Insight, 2019. ISBN 978-85-62241-65-9.
Ortiz, J.; Zhang, G., & McAdams, D. A. (2018). Modeling of a Pomelo Peel Bioinspired Foam. Journal of Mechanical Design. https://doi:10.1115/1.4040911
Roehrs, Alex & André da Costa, Cristiano & Righi, Rodrigo & Farias, Kleinner. (2017). Personal Health Records: A Systematic Literature Review. Journal of Medical Internet Research. 19. e13. https://10.2196/jmir.5876.
San Ha, N.; Lu, G.; Shu, D., & Yu, T. X. (2019). Mechanical properties and energy absorption characteristics of tropical fruit durian (Durio zibethinus). Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 103603. https://doi:10.1016/j.jmbbm.2019.103603
San Ha, N.; Lu, G.; Shu, D., & Yu, T. X. (2019). Mechanical properties and energy absorption characteristics of tropical fruit durian (Durio zibethinus). Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 103603. https://doi:10.1016/j.jmbbm.2019.103603
Sanchez, C.; Arribart, H., & Giraud Guille, M. M. (2005). Biomimetism and bioinspiration as tools for the design of innovative materials and systems. Nature Materials, 4(4), 277-288. https://doi:10.1038/nmat1339
Schäfer, I.; Mlikota, M.; Schmauder, S., & Weber, U. (2020). Modelling the damping response of biomimetic foams based on pomelo fruit. Computational Materials Science, 183, 109801. https://doi:10.1016/j.commatsci.2020.109801
Seidel, R.; Thielen, M.; Schmitt, C. A.; Bührig-Polaczek, C. Fleck & T. Speck. (2010). Fruit Walls And Nut Shells As An Inspiration For The Design Of Bio-inspired Impact Resistant Hierarchically Structured Materials. Design and Nature V. https://doi:10.2495/DN100371
Sonego, M.; Fleck, C., & Pessan, L. A. (2020). Hierarchical levels of organization of the Brazil nut mesocarp. Scientific Reports, 10(1). https://doi:10.1038/s41598-020-62245-y
Speck, T. et al. (2018). Biomechanics and Functional Morphology of Plants - Inspiration for Biomimetic Materials and Structures. Em: Geitmann A., Gril J. (eds) Plant Biomechanics. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-79099-2_18
Thielen, M.; Schmitt, C. N. Z.; Eckert, S.; Speck, T., & Seidel, R. (2013). Structure–function relationship of the foam-like pomelo peel (Citrus maxima) – an inspiration for the devel-opment of biomimetic damping materials with high energy dissipation. Bioinspiration & Biomimetics, 8(2), 025001. https://doi:10.1088/1748-3182/8/2/025001
Tung, C.-C.; Wang, H.-J., & Chen, P.-Y. (2020). Lightweight, compression-resistant cellular structures inspired from the infructescence of Liquidambar formosana. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 103961. https://doi:10.1016/j.jmbbm.2020.103961
Van Opdenbosch, D.;Thielen, M.; Seidel, R.; Fritz-Popovski, G.; Fey, T.; Paris, O. & Zollfrank, C. (2012). The pomelo peel and derived nanoscale-precision gradient silica foams. Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials, 1(2), 117-122. https://doi:10.1680/bbn.11.00013
Wang, B.; Pan, B., & Lubineau, G. (2018). Morphological evolution and internal strain mapping of pomelo peel using X-ray computed tomography and digital volume correlation. Materials & Design, 137, 305-315. https://doi:10.1016/j.matdes.2017.10.038
Wang, H.; Li, T.-T.; Ren, H.; Peng, H.; Huang, S.-Y.; Lin, Q. & Lou, C.-W. (2019). Expanded Vermiculite-Filled Polyurethane Foam-Core Bionic Composites: Preparation and Thermal, Compression, and Dynamic Cushion Properties. Polymers, 11(6), 1028. https://doi:10.3390/polym11061028
Yang, Y.; Song, X.; Li, X.; Chen, Z.; Zhou, C.; Zhou, Q., & Chen, Y. (2018). Recent Progress in Biomimetic Additive Manufacturing Technology: From Materials to Functional Structures. Advanced Materials, 1706539. https://doi:10.1002/adma.201706539
Zhang, W.; Yin, S.; Yu, T. X., & Xu, J. (2019). Crushing resistance and energy absorption of pomelo peel inspired hierarchical honeycomb. International Journal of Impact Engineering, 125, 163-172. https://doi:10.1016/j.ijimpeng.2018.11.014
Zhao, N.; Wang, Z.; Cai, C.; Shen, H.; Liang, F.; Wang, D. & Xu, J. (2014). Bioinspired Materials: from Low to High Dimensional Structure. Advanced Materials, 26(41), 6994-7017. https://doi:10.1002/adma.201401718
Los autores/as que publiquen en esta revista ceden los derechos de autor y de publicación a "Cuadernos del Centro de Estudios de Diseño y Comunicación", Aceptando el registro de su trabajo bajo una licencia de atribución de Creative Commons, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que de el crédito pertinente a los autores y a esta revista.
