Los investigadores de la Universidad Case Western Reserve están liderando el desarrollo de un sistema de "envasado inteligente" para monitorear las fluctuaciones de temperatura, los cambios de humedad y los patógenos en productos alimenticios perecederos durante el transporte.
Su enfoque de eficiencia energética puede ofrecer una cadena de suministro más rentable para los distribuidores, ahorros para los productores de alimentos y alimentos de mayor calidad para los consumidores.
"Si esto funciona bien, todos se beneficiarán", afirmó Chanyong (Chase) Cao, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial e ingeniería eléctrica, informática y de sistemas en Case Western Reserve, que dirige el equipo de investigación. "Aproximadamente un tercio de todos los alimentos producidos para el consumo humano se pierde o desperdicia:aproximadamente 1.300 millones de toneladas de alimentos cada año. Nuestra solución podría reducir significativamente el deterioro, reducir los costos y garantizar la seguridad alimentaria".
La investigación del equipo se publicó recientemente en línea en la revista Nano Energy. .
Una característica central de su sistema es un pequeño dispositivo de monitoreo autoalimentado que consta de sensores flexibles y un recolector de energía que utiliza desecantes (pequeños paquetes de bolitas de gel de sílice que se encuentran en el empaque para absorber la humedad) para aprovechar y almacenar la energía ambiental. En este sistema, la energía se genera a partir de las vibraciones del propio camión de reparto de alimentos.
Esta energía impulsa un sistema de monitoreo en tiempo real que proporcionaría a los productores de alimentos y al personal de transporte datos digitales sobre la temperatura, la humedad y las condiciones de deterioro de los alimentos envasados.
Para que esto suceda, Cao y su equipo idearon lo que llaman un nanogenerador triboeléctrico basado en desecante (D-TENG) para extender el tiempo de funcionamiento del sistema de detección.
Los nanogeneradores triboeléctricos son cualquier dispositivo de recolección de energía que convierte la energía mecánica (a menudo entre dos objetos que se deslizan uno contra el otro) en electricidad.
El equipo diseñó un marco de panal de cartón para almacenar los materiales desecantes, que ahora también se utilizan para generar electricidad a medida que rebotan dentro del panal.
Cao dijo que si bien algunas empresas de transporte modernas ya utilizan sensores para registrar la temperatura, la humedad y el dióxido de carbono, las baterías tradicionales necesarias para operar esos sistemas son costosas, pesadas y pueden contribuir a la contaminación ambiental. Muchos de esos sistemas no proporcionan datos en tiempo real para detectar el deterioro de los alimentos, afirmó Cao. Los sistemas pequeños y portátiles existentes sólo pueden detectar las condiciones ambientales en un período de tiempo muy limitado.
El enfoque del equipo se alinea con las soluciones propuestas por el Banco Mundial para el desperdicio de alimentos, que incluyen una mejor tecnología para almacenar y mantener frescos los productos perecederos en la cadena de suministro. Si bien Cao y su equipo no han abordado cómo enfriar mejor los alimentos perecederos en tránsito en este proyecto, abordarían la primera tarea de identificar cuándo y qué podría salir mal.
El equipo ahora está ensamblando un prototipo funcional; Cao dijo que espera aumentar la producción y comenzar a comercializarla en los próximos cinco años.
Cao y su equipo se están centrando en detectar y prevenir el deterioro de los alimentos, pero cree que la tecnología también podría ofrecer beneficios para el envío de vacunas. El sistema podría proporcionar a empresas y agencias gubernamentales información precisa en tiempo real sobre la temperatura de esos envíos críticos.
Más información: Yaokun Pang et al, Hacia un sistema de embalaje inteligente integrado y autoalimentado:nanogeneradores triboeléctricos basados en desecantes, Nano Energy (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108659
Información de la revista: Nanoenergía
Proporcionado por la Universidad Case Western Reserve
