На долгом пути от фруктовой плантации до полки продавца фрукты могут быстро испортиться. В частности, охлаждение внутри грузовых контейнеров не всегда гарантировано, а существующие методы измерения температуры недостаточно надежны. Датчик, разработанный в Empa, решает эту проблему. Он выглядит как фрукт и действует как фрукт, но на самом деле является шпионом.
Манго, бананы и апельсины обычно преодолевают большие расстояния к тому времени, когда они попадают в наши магазины. Их собирают, упаковывают, охлаждают, упаковывают в рефрижераторные контейнеры, отправляют, хранят и, наконец, выкладывают на витрине. Однако не весь груз благополучно добирается до места назначения. Хотя фрукты регулярно проверяют, некоторые из них повреждаются или даже могут погибнуть во время перевозки. Это связано с тем, что мониторинг все еще имеет значительные возможности для улучшения. Хотя датчики измеряют температуру воздуха в грузовом контейнере, решающее значение для качества фруктов имеет внутренняя температура каждого фрукта. Однако до сих пор это можно было измерить только «инвазивно», т. е. путем введения датчика через кожу в центр. И даже у этого процесса есть недостатки. Для проведения измерения техник обычно берет фрукт из картонной коробки в переднем ряду поддонов в контейнер, что в свою очередь искажает результат. Фрукты, расположенные ближе к внешней стороне транспортировочного контейнера, лучше охлаждаются, чем фрукты внутри.
Иногда приходится уничтожать целые контейнеры, потому что температура внутри контейнера не соответствует установленным нормам. США и Китай, в частности, крайне строги в отношении ввоза фруктов и овощей. Если груз не хранился в течение трех недель при определенной минимальной температуре, его не разрешают продавать в стране. Охлаждение не только служит для сохранения свежести и качества фруктов, но также убивает любые личинки, такие как личинки моли, которые могут гнездиться во фруктах. Поэтому важно доказать, что охлаждение действительно проникло во все фрукты во всей партии в течение требуемого периода времени.
Датчик путешествует с фруктами
Чтобы гарантировать и контролировать температуру внутри фруктов, исследователи из Empa разработали датчик искусственного плода. Он имеет ту же форму и размер, что и соответствующий фрукт, а также имитирует его состав, и его можно упаковать вместе с настоящим фруктом и путешествовать с ним. По прибытии в пункт назначения данные датчика могут быть проанализированы относительно быстро и легко. Отсюда исследователи надеются получить информацию о температуре во время транспортировки. Это важная информация, в первую очередь из соображений страховки: если поставка не соответствует требованиям качества, по датчику можно установить точку в цепочке хранения и транспортировки, на которой что-то пошло не так. Первоначальные результаты, безусловно, очень многообещающие: «Мы подробно проанализировали датчики в холодильной камере Empa, и все испытания прошли успешно», - объясняет руководитель проекта Тийс Дефрайе из Лаборатории многомасштабных исследований в строительной физике. В настоящее время проводятся полевые испытания в Agroscope в Веденсвиле.
Искусственный датчик фруктов для яблок Braeburn и Jonagold
Однако один и тот же датчик работает не для всех фруктов, как объясняет Дефрейе. «Мы разрабатываем отдельные датчики для каждого типа фруктов и даже для разных сортов». В настоящее время существуют отдельные датчики для сортов яблок Braeburn и Jonagold, манго Kent, апельсинов и классического банана Cavendish. Чтобы имитировать характеристики отдельных видов фруктов, фрукт подвергается рентгеновскому излучению, а компьютерный алгоритм создает среднюю форму и текстуру фрукта. Из литературы или на основе собственных измерений исследователи затем определяют точный состав мякоти фрукта (обычно это комбинация воды, воздуха и сахара) и моделируют его в точно таком же соотношении в лаборатории, хотя и не с исходными ингредиентами., вместо этого используя смесь воды, углеводов и полистирола.
Эта смесь используется для заполнения сенсорной формы в форме фрукта. Форма изготавливается на 3D-принтере. Исследователи помещают настоящий датчик внутрь искусственного фрукта, где он записывает данные, в том числе внутреннюю температуру фрукта. Существующие измерительные приборы на стенках контейнера измеряют только температуру воздуха, но это недостаточно надежно, так как фрукты могут быть еще слишком теплыми внутри. Хотя такие симуляторы сердцевины фруктов уже существуют в области исследований, они еще недостаточно точны, объясняет Дефрейе. Одним из таких примеров являются шарики, наполненные водой, с датчиком внутри. «Мы провели сравнительные тесты, - говорит исследователь. «А наша начинка давала гораздо более точные данные и намного надежнее имитировала поведение настоящего фрукта при разных температурах».
Нет (пока) беспроводной связи
В настоящее время проводятся первоначальные полевые испытания датчиков, и сейчас исследователи ищут потенциальных промышленных партнеров для производства фруктовых шпионов. Инвестиции, безусловно, окупятся. Подсчитано, что стоимость такого датчика составляет менее 50 швейцарских франков. Данные нужно будет анализировать только в том случае, если с доставленным товаром что-то не так. Это позволило бы эффективно установить, где в процессе произошла ошибка.
Еще одной желательной функцией была бы возможность получать данные из грузового контейнера в реальном времени и в режиме реального времени, чтобы можно было принять соответствующие контрмеры в случае ненормальных данных, тем самым потенциально спасая фруктовый груз. Для этого потребуется беспроводное или Bluetooth-соединение. «Однако наш нынешний датчик фруктов пока не может этого сделать. И цена продукта, конечно же, вырастет», - говорит Дефрейе. Но прибыль компаний, вероятно, также увеличилась бы, если бы датчики фруктов позволили им поставлять больше товаров в отличном состоянии.