Цифровые двойники цитрусовых помогут сократить потери продовольствия

Около трети всех пищевых продуктов в мире портится по пути от производителя к потребителю, часто из-за неоптимальных условий хранения. Исследователи из лаборатории Empa (Швейцария) совместно с учёными Бернского и Стелленбосского университетов разработали цифровых двойников цитрусовых для решения этой проблемы. Результаты опубликованы в журнале Nature Food.

От мусорного ведра — на тарелку

Команда использовала данные с температурных датчиков, которые уже установлены в каждом морском контейнере, но информация с которых ранее не анализировалась в полной мере. Методом «апсайклинга» (повторного использования) этих данных исследователи создали виртуальные копии фруктов.

Путём математического моделирования физических процессов учёные смогли:

• Отслеживать ключевые свойства фруктов во времени.
• Выявлять и прогнозировать потери качества (гниение, усушку, повреждение холодом, плесень).
• Оценивать и желательные изменения, например, гибель личинок плодовой мухи.

Анализ 47 контейнерных перевозок цитрусовых показал, что половина всех грузов перевозилась в неоптимальных условиях. После 30-дневного пути срок годности некоторых фруктов составлял всего несколько дней.

Поиск оптимального компромисса

Решение — не просто сильное охлаждение, а точный расчёт условий. Например:

• Слишком низкая температура защищает от вредителей, но вызывает повреждение фруктов холодом.
• Слишком высокая температура увеличивает риск порчи.

С помощью цифровых двойников команда определила оптимальные условия, взвешивающие риски заражения мухами, внешних дефектов и холодовых повреждений.

Биофизические двойники-«шпионы»

Параллельно в Empa разрабатывают биофизических двойников фруктов и овощей — полимерные модели, точно имитирующие свойства сельхозпродукции. Они оснащены датчиками, измеряющими температуру и влажность на поверхности и внутри «плода».

Такой «шпион» среди реальных продуктов передаёт точные данные для оптимизации условий хранения и транспортировки. Недавно ассортимент таких моделей (яблоко, манго) пополнили картофель и авокадо разных размеров.

Цель — интеграция виртуальных фруктов в логистические цепочки компаний для оптимизации условий в реальности и сокращения продовольственных потерь.