Инновационный датчик контролирует груз с фруктами

На долгом пути от плантации до полки магазина 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 и ведет себя как настоящий фрукт, но на самом деле является "шпионом".

Манго, бананы и апельсины обычно преодолевают большие расстояния. Их собирают, упаковывают, охлаждают, помещают в рефрижераторные контейнеры, перевозят, хранят и, наконец, выкладывают на витрину. Однако не весь груз доходит до пункта назначения в сохранности. Хотя фрукты регулярно проверяют, часть из них повреждается или даже портится в пути. Это связано с тем, что мониторинг имеет значительный потенциал для улучшения. Датчики измеряют температуру воздуха в контейнере, но для качества фруктов решающее значение имеет температура в сердцевине каждого плода. До сих пор ее можно было измерить только "инвазивно", то есть введя датчик через кожуру в центр. И даже у этого процесса есть недостатки. Для измерения техник обычно берет фрукт из картонной коробки в переднем ряду поддонов в контейнере, что искажает результат. Фрукты ближе к внешней стороне контейнера охлаждаются лучше, чем внутри.

Иногда целые контейнерные партии приходится уничтожать, потому что температуры внутри контейнера не соответствовали предписанным нормам. США и Китай особенно строги в отношении импорта фруктов и овощей. Если груз не хранился три недели при определенной минимальной температуре, он не допускается к продаже в стране. Охлаждение не только сохраняет свежесть и качество фруктов, но и убивает личинок, например, моли, которые могут гнездиться в плодах. Поэтому крайне важно доказать, что охлаждение действительно проникло во все фрукты во всей партии на требуемый период времени.

Датчик путешествует вместе с фруктами

Чтобы гарантировать и контролировать температуру внутри фруктов, исследователи Empa разработали искусственный фруктовый датчик. Он имеет ту же форму и размер, что и соответствующий фрукт, имитирует его состав, может быть упакован вместе с настоящими фруктами и путешествовать с ними. По прибытии в пункт назначения данные с датчика можно относительно быстро и легко проанализировать. Исследователи надеются получить из них информацию о температуре во время транспортировки.

Эта информация важна в первую очередь для страховых случаев: если поставка не соответствует требованиям качества, с помощью датчика можно установить, на каком этапе хранения и транспортировки что-то пошло не так. Первые результаты очень многообещающие: "Мы подробно проанализировали датчики в холодильной камере Empa, и все тесты прошли успешно", — объясняет руководитель проекта Тейс Дефрайе из Лаборатории мультимасштабных исследований в строительной физике. Полевые испытания в настоящее время проводятся в Agroscope в Веденсвиле.

Искусственный фруктовый датчик для яблок Braeburn и Jonagold

Однако один и тот же датчик не подходит для всех фруктов. "Мы разрабатываем отдельные датчики для каждого вида фруктов и даже для разных сортов", — говорит Дефрайе. В настоящее время существуют отдельные датчики для сортов яблок Braeburn и Jonagold, манго Kent, апельсинов и классических бананов Cavendish. Чтобы имитировать характеристики отдельных видов фруктов, плод просвечивают рентгеновскими лучами, а компьютерный алгоритм создает усредненную форму и текстуру. Затем исследователи определяют точный состав мякоти фрукта (обычно комбинация воды, воздуха и сахара) на основе литературы или собственных измерений и воспроизводят его в лаборатории в точно таком же соотношении, но не из исходных ингредиентов, а с использованием смеси воды, углеводов и полистирола.

Этой смесью заполняют форму датчика в форме фрукта. Форма производится на 3D-принтере. Исследователи помещают сам датчик внутрь искусственного фрукта, где он записывает данные, включая температуру сердцевины. Существующие измерительные устройства на стенках контейнера показывают только температуру воздуха, но этого недостаточно, потому что фрукты внутри все еще могут быть слишком теплыми. Хотя подобные симуляторы сердцевины фрукта уже существуют в области исследований, они еще недостаточно точны. Например, использовались шары, заполненные водой, с датчиком внутри. "Мы провели сравнительные тесты, — говорит исследователь. — Наша начинка дала гораздо более точные данные и намного надежнее имитировала поведение настоящего фрукта при разных температурах".

Пока не беспроводной

Первые полевые испытания датчиков в настоящее время проводятся, и исследователи ищут потенциальных промышленных партнеров для производства этих фруктовых "шпионов". Инвестиции, безусловно, могут окупиться. Предполагается, что стоимость такого датчика составляет менее 50 швейцарских франков. Данные нужно будет анализировать только в случае проблем с поставленным товаром. Это позволит эффективно установить, на каком этапе процесса произошла ошибка.

Еще одной желательной функцией была бы возможность получать данные из грузового контейнера в реальном времени, чтобы можно было принять соответствующие контрмеры в случае аномальных показаний — и потенциально спасти груз с фруктами. Для этого потребовалось бы беспроводное или Bluetooth-соединение. "Однако наш нынешний фруктовый датчик этого пока не умеет. И цена продукта, конечно, вырастет", — говорит Дефрайе. Но прибыль компаний, вероятно, также увеличится, если фруктовые датчики позволят поставлять больше товаров в идеальном состоянии.