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Envase inteligente, presente y futuro

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La necesidad de diferenciación en el mercado y la inquietud del propio consumidor, que cada vez es más exigente y demanda más seguridad en productos alimentarios, han impulsado la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías aplicables al envase y embalaje con el fin convertirlo en un medio de comunicación veraz y efectivo. Así lo describe con claridad en este artículo el centro tecnológico Itene.

Son muchas las diferentes vertientes y posibilidades que ofrece el envase inteligente, desde el uso de las etiquetas RFID que son capaces de identificar, trazar e incluso monitorizar al producto y/o envase a lo largo de toda la cadena de distribución, hasta los indicadores que, a través de un cambio de color, informan en tiempo real del estado en el que se encuentra el producto.
Pero, ¿en qué consiste el envase inteligente? Tradicionalmente las funciones básicas del envase y embalaje son presentar, informar, identificar, conservar, contener, proteger y transportar al producto. Por otro lado, existen otras funciones como comunicar o dar información acerca de su estado o actuar como herramienta de marketing, y estas últimas funciones son las que están directamente relacionadas con el envase inteligente.

Envases activos e inteligentes
Es importante destacar la diferencia que existe entre envase activo y envase inteligente; mientras que el envase activo interacciona con el producto o con su entorno para mejorar uno o más aspectos de su calidad o seguridad, el envase inteligente es capaz de registrar y suministrar información relativa al estado del envase y/o del producto. El envase inteligente se basa en una tecnología emergente que usa la función “comunicación” del envase para mejorar la calidad y seguridad de los productos que contiene, ya que es un sistema de embalaje capaz de llevar a cabo funciones inteligentes como detectar, sentir, grabar, trazar, comunicar y/o aplicar lógica inteligente con el fin de aumentar la vida útil, la seguridad, mejorar la calidad, informar y evitar posibles problemas. Dentro del sistema global de embalaje, el envase inteligente es el encargado de recoger y procesar la información procedente del entorno con la finalidad de transmitirla al consumidor / usuario de ese envase.
Existen dos tipos básicos de dispositivos comunicativos utilizados en los envases inteligentes. Los que acumulan y transmiten datos (como hasta actualmente lo harían los códigos de barras y tags de identificación por radio frecuencia), y los que se emplean para monitorizar las condiciones ambientales externas y advertir mediante un cambio físico observable en caso de que sea necesario como los indicadores visuales por cambios de color (Kit L. Yam et al., 2005).

Tecnología RFID
La etiqueta inteligente o etiqueta de radiofrecuencia RFID es una avanzada forma de almacenar y transmitir datos en tiempo real, para una identificación y trazabilidad automática del producto que usa dispositivos denominados etiquetas, transpondedores o tags RFID. Aunque la tecnología RFID ha estado disponible desde los años cuarenta, entonces era utilizada para aplicaciones de radares principalmente, y su gran aplicación en envases ha empezado hace relativamente poco. Los tags RFID están provistos de un minúsculo microprocesador y una pequeña antena, la cual recibe energía vía radiofrecuencia desde un emisor exterior y responde con una señal de identificación.
En líneas generales el sistema RFID está conectado a una base de datos, de forma que la información puede fluir en dos sentidos: el lector transmite la información a la base de datos, por ejemplo sobre la localización del tag, y desde la base de datos al tag, para suministrar información detallada del producto.

Sistema RFID pasivo
Los tags RFID permiten seguir la trazabilidad del producto envasado garantizando su correcto estado y contribuir a la optimización en la gestión de devoluciones de productos defectuosos o que no han superado el control de calidad.
Además, presentan múltiples ventajas frente a otros sistemas de identificación ya que pueden ser introducidos dentro del contenedor o embalaje sin afectar a los datos que almacena, no se requiere visión directa para ser leído, múltiples tags pueden ser leídos de forma simultánea, son mucho más difíciles de falsificar que un código de barras, se trata de una tecnología que es altamente resistente y puede ser utilizada en ambientes hostiles, temperaturas extremas y diferentes presiones; siendo útil para monitorizar la temperatura y la humedad en la distribución de los alimentos en tiempo real.
Los chips de los tags RFID se fabrican a partir de silicio, lo que se traduce en un material a priori difícil de eliminar del medio ambiente, rígido y bastante delicado, sobre todo en medios laborales donde su adopción resultaría interesante una vez fuesen incorporados a un tag: almacenes, producción, etc. (Biondi C, 2005). Con el objetivo de solventar estos inconvenientes, varias compañías están desarrollando nuevos tags basados en polímeros semiconductores y se ha innovado en los procesos de fabricación, disminuyendo su tamaño, antenas on-chip o investigando en nuevas técnicas de autoensamblaje.

Integración de los dispositivos RFID
La aplicación de estos dispositivos en el envase y embalaje se encuentra estrechamente relacionada con la posibilidad de integración en el propio material de envase sin que esto afecte a la integridad y correcto funcionamiento del tag de RFID. El método de integración de estos dispositivos depende de factores como el tipo de material de envase, la ubicación del dispositivo dentro del envase, el producto o la posibilidad de reutilización del envase. Según el material de envase y embalaje en cuestión, existen en la actualidad distintos métodos de integración.
En el caso de envases y embalajes de plástico, existen en la actualidad distintas técnicas de integración; como, por ejemplo, la soldadura por fricción o ultrasonidos en la que el tag RFID se encuentra embebido en un material plástico en forma de disco o similar, el cual es integrado en el interior del material de envase plástico debido al calor producido a través de un proceso de fricción o ultrasonidos. Estas técnicas son apropiadas sobre todo en el caso de que el envase o embalaje sea reutilizable ya que son envases susceptibles de sufrir varios usos tras sus labores de higienización y acondicionamiento. En el caso de que el envase no se reutilice o cuando se requiera poder extraer el dispositivo por razones medioambientales, puede disponerse un alojamiento o hueco específico dentro del envase en el que se introduce el tag RFID encapsulado pudiendo ser tapado posteriormente con la finalidad de evitar la posible entrada de suciedad o agua. Otros métodos como el atornillado, clavado o pegado de las etiquetas RFID también son muy utilizados desde las primeras aplicaciones de esta tecnología.
Por otro lado, cuando hablamos de envases y embalajes de papel-cartón y cartón ondulado son muchos los métodos de integración que están siendo desarrollados sobre este tipo de materiales, el más utilizado actualmente por su fácil aplicación son las etiquetas adhesivas pero éstas tienen el inconveniente de que pueden sufrir daños por rozaduras, pelados o despegado durante la distribución. Por esta razón, se están desarrollando otros métodos de integración que eviten este tipo de problemática. Por un lado, algunas empresas están desarrollando sistemas capaces de integrar el tag de RFID en el interior del cartón ondulado como por ejemplo, interponer el tag entre los papeles componentes del cartón ondulado pasando a formar parte de su estructura básica, el tag RFID queda invisible bajo las capas de papel pero el principal inconveniente a este método es la imposibilidad de retirarlo después de su uso.
Otro de los sistemas de integración que esta empezando a utilizarse, es la impresión directa sobre el cartón de algunos componentes del tag RFID, esta nueva tecnología se basa en la impresión de elementos o componentes electrónicos utilizando para ello tintas conductivas.
En el caso de envases y embalajes metálicos, éstos presentan el inconveniente de producir el efecto de jaula de Faraday amortiguando las señales de radiofrecuencia, razón por la que se producen problemas en su lectura. Hoy en día ya existen etiquetas de RFID capaces de leerse en presencia de metales aunque éstas resultan algo más caras.
Por último, en el caso de envases y embalajes de madera, las etiquetas RFID se fijan a estos mediante el atornillado, clavado o el pegado.

Tendencias de futuro en envase inteligente
Dentro de las tendencias actuales, podemos destacar el desarrollo de tecnologías como la impresión de elementos electrónicos (printed electronics). Esta tecnología permite imprimir componentes electrónicos tales como circuitos, antenas, entre otros, sobre diferentes sustratos o materiales a través de tintas conductivas, lo cual hace que sea una herramienta muy versátil en su aplicación sobre los diferentes materiales de envase. La introducción de esta tecnología permitirá desarrollar potentes y llamativos dispositivos comunicativos como en el caso de los llamados papeles interactivos.
Esta tecnología también ha impulsado la aplicación RFID al permitir la impresión de alguno de sus componentes electrónicos (antena) directamente sobre el envase y embalaje, actualmente multinacionales del sector del cartón lo están introduciendo en sus cajas de cartón ondulado donde parece ser muy viable ya que reduce tiempos de producción y los problemas debidos al despegado de la etiquetas RFID.
Otra aplicación de esta tecnología es la posibilidad de imprimir displays en el envase lo que ofrece multitud de posibilidades; desde la introducción de juegos interactivos para niños con el objetivo de llamar su atención, por ejemplo, en los envases de cereales hasta películas que nos explicarán las ventajas o desventajas del producto o nos informarán de sus características.
El Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística (Itene) trabaja en el desarrollo  de un envase inteligente que incluirá un sensor capaz de detectar la apertura y manipulación de envase y avisar al consumidor. Este desarrollo se incluye dentro del proyecto ‘Smart-Printed Pack’, cofinanciado por el Instituto de la Pequeña y Mediana Industria de la Generalitat Valenciana (Impiva) y los Fondos Feder dentro del Programa de Ayudas dirigidas a Institutos Tecnológicos 2009.
En esta línea, Itene trabaja en el desarrollo de un material funcional a través de la tecnología de impresión electrónica que dotará al material de una doble función; informar al consumidor de la historia sufrida a lo largo de su ciclo de distribución y el estado del producto a la hora de la adquisición en otro proyecto financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia mediante el Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, 2008-2011.

Biosensores
En otro sentido, otra de las tecnologías “inteligentes” en las se está trabajando es el desarrollo de biosensores que son dispositivos analíticos capaces de detectar un compuesto o un microorganismo de interés mediante una interacción biológica. Entre las ventajas que aporta un biosensor caben destacar su especificidad, su alta sensibilidad, su rápida velocidad de respuesta, simplicidad en la aplicación y la capacidad de monitorización continua.
Estos dispositivos presentan características interesantes para su integración en el envase y embalaje como su capacidad de inclusión en sistemas integrados, su facilidad de automatización, su capacidad de trabajar en tiempo real o su versatilidad, entre otras.
Estas nuevas tecnologías aplicadas al envase y embalaje permiten un sinfín de posibilidades aunque su implantación esta sujeta al valor de las materias primas base para su fabricación y los procesos de integración en el envase mismo. Además aunque hace tiempo que se utilizan en países como Japón, EE.UU. o Australia, actualmente en Europa se están empezando a adaptar estas nuevas tecnologías.
Esta evolución del sistema de envase y embalaje permitirá registros de información importantes tanto para el consumidor como para la propia empresa usuaria que podrá identificar aquellos puntos críticos durante el transporte, distribución y almacenaje de su producto.

Nuria Herranz, responsable de la Línea Tecnológica de Envases Inteligentes de Itene (Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística).

Publicado en el número 67 de la revista Tecnifood.

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