スマートな包装は輸送中に食品の安全を保つことができる

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ケース・ウェスタン・リザーブ大学の研究者らは、輸送中の生鮮食品の温度変動、水分変化、病原菌を監視する「スマート・パッケージング」システムの開発を主導している。

彼らのエネルギー効率の高いアプローチは、流通業者にとってはより費用対効果の高いサプライチェーンを、食品生産者にとっては節約となり、消費者にとっては高品質の食品を提供する可能性があります。

研究チームを率いるケース・ウェスタン保護区の機械・航空宇宙工学および電気・コンピューター・システム工学の助教授、チャンヨン（チェイス）・カオ氏は「これがうまくいけば、全員が恩恵を受けることになる」と語った。 「人間の消費のために生産された食料の約 3 分の 1 が失われるか廃棄されており、毎年およそ 13 億トンの食料が失われています。 私たちのソリューションは、腐敗を大幅に減らし、コストを削減し、食品の安全性を確保することができます。」

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このチームの研究は最近、雑誌 Nano Energy にオンラインで掲載されました。

同社のシステムの中心的な特徴は、柔軟なセンサーと、周囲エネルギーを利用して蓄えるために乾燥剤 (湿気を吸収するためにパッケージに入っているシリカゲル ペレットの小さなパケット) を使用するエネルギー ハーベスタと、フレキシブル センサーで構成される小型の自家発電型モニタリング デバイスです。 このシステムでは、エネルギーは食品配送トラック自体の振動から生成されます。

このエネルギーは、食品生産者や輸送スタッフに、包装された食品の温度、水分、腐敗状態に関するデジタル データを提供するリアルタイム監視システムを駆動します。

これを実現するために、Cao 氏と彼のチームは、感知システムの稼働時間を延長するために、乾燥剤ベースの摩擦電気ナノ発電機 (D-TENG) と呼ばれるものを考案しました。

摩擦電気ナノ発電機は、機械エネルギー (多くの場合、互いに滑り合う 2 つの物体間のエネルギー) を電気に変換するエネルギーハーベスティング デバイスです。

研究チームは、乾燥剤を保管するための板紙ベースのハニカムフレームを設計しました。現在は、乾燥剤がハニカム内で跳ね返る際に発電するためにも使用されています。

曹氏は、一部の現代の運送会社はすでにセンサーを使用して温度、湿度、二酸化炭素を記録しているが、それらのシステムの運用に必要な従来のバッテリーは高価で重量があり、環境汚染の一因となる可能性があると述べた。

そして、それらのシステムの多くは食品の腐敗を検出するためのリアルタイムデータを提供しない、と曹氏は述べた。 既存の小型のポータブル システムは、非常に限られた期間内でしか環境条件を検出できません。

同チームのアプローチは、サプライチェーン内で生鮮食品を保管し新鮮に保つためのより優れた技術を含む、世界銀行が提案する食品廃棄物に対する解決策と一致している。

曹氏と彼のチームは、このプロジェクトでは輸送中の生鮮食品をより適切に冷却する方法には取り組んでいないが、いつ、何が問題になるかを特定するという最初の課題に取り組むことになるだろう。

チームは現在、機能するプロトタイプを組み立てているところです。 曹氏は今後5年間で生産と販売を拡大したいと述べた。

曹氏と彼のチームは食品の腐敗の検出と防止に重点を置いているが、この技術はワクチンの輸送にもメリットをもたらす可能性があると信じている。 このシステムは、企業や政府機関に、重要な貨物の温度に関する正確なリアルタイム情報を提供できる可能性があります。

参照: 龐煕、黄 Z、方 Y、徐 X、曹 C (追跡)。 自己電源型の統合スマート パッケージング システムに向けて - 乾燥剤ベースの摩擦電気ナノ発電機。 ナノエネルギー。 2023;114:108659。 土井: 10.1016/j.nanoen.2023.108659

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