تطوير نظام للتغليف الذكي ومراقبة سلامة المنتجات الغذائية
قام فريق من الباحثين بإضافة تقنية العمل بالطاقة الذاتية لنظام "التغليف الذكي" وهو النظام المعروف للحفاظ على الأغذية من الفساد.
في التفاصيل، قدّم فريق بحثي من جامعة "Case Western Reserve" الأميركية تقنية تجعل هذا النظام يعمل بالطاقة الذاتية. والتغليف الذاتي يدمج أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة والأكسجين ودرجة الحموضة وثاني أكسيد الكربون في نظام التعبئة والتغليف كي لا تفسد الاغذية.
ويقول الباحثون في دراستهم المنشورة في عدد أغسطس/آب من دورية "Nano Energy"، إنه "مع ظهور إنترنت الأشياء، لم تعد التغليفات التقليدية التي تخزن المنتجات وتحميها فقط كافية، وأصبح التغليف الذكي، الذي يستشعر ويكتشف ويسجل حالة المنتج المعبأ، حلا جديدا يوفر معلومات حول جودة وسلامة البضائع أثناء الإنتاج والتخزين والنقل والاستهلاك، لكن أجهزة الاستشعار المستخدمة تستهلك بدورها طاقة، كما أن عمر البطاريات التقليدية محدود، ويمكن أن يسهم في التلوث البيئي".
والتحدي الذي واجهوه كان اختراع نظام تغليف يعمل بالطاقة الذاتية، عبر حصاد طاقة الاهتزاز المهدورة أثناء نقل البضائع، وإعادة استخدامها.
ويوضح الباحثون أنه "أثناء النقل تتعرض المركبات لاضطرابات مختلفة في الطرق الوعرة، وأثناء التسارع وقوى الكبح، مما يتسبب في اهتزاز البضائع المعبأة وتبديد كمية كبيرة من الطاقة، والفكرة أننا تمكنا من حصاد طاقة الاهتزاز المهدورة بطريقة عملية وغير مكلفة، وذلك من أجل إعادة استخدامها".
وكانت المحاولات سابقة لحصاد الطاقة باستخدام المولدات الكهروضغطية والكهرومغناطيسية، ذات استجابتها عالية التردد وحجم كبير، ما حال دون تطبيقها في التغليف الذكي، وما قدمه الباحثون في دراستهم أنهم دمجوا أنظمة حصاد الطاقة داخل العبوات نفسها.
ويقول البيان الصحفي إن النظام الجديد يعتمد على المواد المجففة؛ مثل: "حبيبات هلام السيليكا"، ووظيفتها في امتصاص الرطوبة داخل العبوة، التي أصبحت من المكونات المهمة في صناعات تغليف المواد الغذائية والأدوية والإلكترونيات.
ويوضح التقرير أن الباحثين صمموا إطارا على شكل قرص عسل مصنوع من الورق المقوى لتخزين المواد المجففة، التي تُستخدم لتوليد الكهرباء أثناء ارتدادها داخل قرص العسل، وهو تطبيق عملي لما يعرف بـ "المولدات النانوية الكهربائية الاحتكاكية".
وتعرف هذه المولدات بأنها أي جهاز لجمع الطاقة يحول الطاقة الميكانيكية بين جسمين ينزلقان ضد بعضهما بعضًا إلى كهرباء، وهو المبدأ الذي يعتمد عليه النظام الجديد.
ويقول تشانيونغ تشيس كاو، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية بجامعة "كيس ويسترن ريزيرف"، الذي قاد فريق البحث، إن هذا النهج الموفر للطاقة "من شأنه أن يفيد الجميع، فهو يجعل سلسلة التوريد أكثر فعالية من حيث التكلفة للموزعين، وأكثر توفيرا لمنتجي الأغذية، ويضمن أغذية ذات جودة أعلى للمستهلكين".
تجدر الإشارة الى أن "هذه التقنية هي حل مشكلة الهدر. إذ ان حوالي ثلث الأغذية المنتجة للاستهلاك البشري تُفقد أو تُهدر (ما يقرب من 1.3 مليار طن من الأغذية كل عام)".
ويبني الفريق الآن نموذجا أوليا فعالا لهذا الاختراع الجديد، ويأمل في تسويقه خلال السنوات الخمس المقبلة.
ويشير كاو أن هذا النظام صالح أيضا للاستخدام عند شحن اللقاحات، وهي مشكلة ظهرت بقوة إبان جائحة "كوفيد 19 ويمكن أن يزود الشركات والهيئات الحكومية بمعلومات دقيقة في الوقت الفعلي، حول درجة حرارة هذه الشحنات المهمة.
