Một quả táo xấu có thể không làm hỏng cả chùm, nhưng khi nói đến việc phân phối thực phẩm, rất nhiều quả tốt sẽ đi cùng với quả xấu.
Ghasempour, trái, hợp tác chặt chẽ với sinh viên tốt nghiệp Atsutse Kludze, phải, người lãnh đạo phần lớn việc thiết kế và thu thập dữ liệu của thí nghiệm. Tín dụng: Đại học Princeton
Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Princeton và Microsoft Research đã phát triển một phương pháp nhanh chóng và chính xác để xác định chất lượng từng trái cây bằng công nghệ không dây tần số cao. Công cụ mới cung cấp cho các nhà cung cấp cách phân loại trái cây dựa trên các phép đo độ chín hạt mịn. Nó hứa hẹn sẽ giúp cắt giảm lãng phí thực phẩm bằng cách tối ưu hóa việc phân phối: trái tốt được hái từ chùm xấu, trái chín được chuyển lên đầu hàng.
Theo nghiên cứu mới được trình bày vào ngày 3 tháng 10 tại hội nghị ACM MobiCom 2023 về mạng và điện toán di động, các phương pháp hiện tại để xác định độ chín là không đáng tin cậy, quá rộng, quá tốn thời gian hoặc quá đắt để thực hiện trên quy mô lớn.
Yasaman Ghasempour, trợ lý giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính tại Princeton và là một trong những nhà điều tra chính của nghiên cứu cho biết: “Không có cách nào có hệ thống để xác định tình trạng chín của trái cây và rau quả”. "Đây chủ yếu là kiểm tra trực quan ngẫu nhiên, trong đó bạn kiểm tra một quả lấy ra khỏi hộp trên dây chuyền phân phối và ước tính chất lượng của nó thông qua tiếp xúc vật lý hoặc thay đổi màu sắc."
Nhưng kiểu kiểm tra trực quan này thường dẫn đến những ước tính kém, bà nói. Thay vì dựa vào vẻ ngoài của vỏ hoặc cảm giác khi chạm vào, các tín hiệu không dây tiên tiến có thể nhìn rõ bên dưới bề mặt của một miếng trái cây một cách hiệu quả và tiết lộ thông tin phong phú hơn về chất lượng của nó.
Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường, khoảng một phần ba tổng số thực phẩm được sản xuất tại Hoa Kỳ bị vứt bỏ mỗi năm. Trên toàn thế giới, Liên Hợp Quốc ước tính rằng một nửa số trái cây và rau quả sẽ bị lãng phí. Các tác giả của nghiên cứu mới cho biết sự kém hiệu quả ở quy mô này chỉ được thấy trong ngành công nghiệp thực phẩm và các công nghệ tự động, không xâm lấn và có thể mở rộng có thể đóng vai trò trong việc giảm tất cả chất thải đó.
Ranveer Chandra, Giám đốc Điều hành Nghiên cứu Công nghiệp và CTO của Thực phẩm Nông nghiệp tại Microsoft cho biết: “Khi chúng tôi xem xét các thách thức toàn cầu xung quanh an ninh lương thực, dinh dưỡng và bền vững môi trường, vấn đề lãng phí thực phẩm đóng một vai trò quan trọng”. Ông cho biết lượng thực phẩm bị lãng phí mỗi năm có thể nuôi sống hơn một tỷ người. Và chất thải thực phẩm đó chiếm gần 6% lượng khí thải nhà kính trên thế giới. Chandra cho biết: “Nếu chúng ta có thể giảm lãng phí thực phẩm, điều đó sẽ giúp nuôi sống người dân, giảm tình trạng suy dinh dưỡng và giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu”.
Nhóm nghiên cứu do Ghasempour và Chandra dẫn đầu đã phát triển một hệ thống xác định độ chín bằng tín hiệu không dây ở dải tần dưới terahertz có thể quét trái cây trên băng chuyền. Các tín hiệu dưới terahertz—giữa vi sóng và hồng ngoại—tương tác với trái cây theo những cách có thể đo được rất chi tiết, dẫn đến chỉ số đường và hàm lượng chất khô bên dưới bề mặt vỏ trái cây.
Các nhà nghiên cứu cho biết, các hệ thống không dây thế hệ tiếp theo, giống như các tiêu chuẩn 6G sắp tới, sẽ được thiết kế để phù hợp với các dải tần số cao mới như tín hiệu terahertz và sub-terahertz. Nhưng trong khi các dải tần này đã bắt đầu khơi dậy các công nghệ truyền thông mới thì kỹ thuật của Princeton-Microsoft là một trong những kỹ thuật đầu tiên tận dụng những tín hiệu này để cảm nhận, đặc biệt là cảm biến thực phẩm thông minh.
Khi quả tiếp tục chín sau khi thu hoạch, các tính chất vật lý, hóa học và điện của nó cũng thay đổi. Chuối màu vàng. Nho nhăn nheo. Quả bơ sẫm màu. Nhưng đối với nhiều loại trái cây, thật khó để biết những dấu hiệu bên ngoài đó có liên quan như thế nào đến độ chín hoặc chất lượng thực tế. Bất cứ ai đã từng cắn một quả táo đỏ bóng loáng chỉ để thấy nó khô và sần sùi đều hiểu được sự chênh lệch này.
Khi một xung dưới terahertz tác động lên một miếng trái cây, các tia của nó sẽ đi sâu hơn da. Một số tần số bị hấp thụ, một số khác bị phản xạ và rất nhiều tần số thực hiện cả hai tần số đó với cường độ khác nhau. Sự phản xạ tạo ra tín hiệu riêng trên một dải tần số và tín hiệu đó có hình dạng chi tiết và cụ thể—một dấu hiệu. Bằng cách mô hình hóa tính chất vật lý của những tương tác này và thu thập nhiều dữ liệu, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng dấu hiệu đó để tiết lộ trạng thái chín của trái cây.
Ghasempour nói: “Việc phát triển một mô hình cho việc này thực sự là một thách thức. Cô cho biết nhiều lớp cấu trúc của trái cây - hạt, cùi, vỏ - đã làm tăng thêm sự phức tạp cho vấn đề, cũng như sự thay đổi về kích thước, độ dày, hướng và kết cấu. "Vì vậy, chúng tôi đã thực hiện một số mô hình và mô phỏng sóng, sau đó tăng cường những hiểu biết sâu sắc đó bằng dữ liệu mà chúng tôi đã thu thập được."
Trong thí nghiệm, họ sử dụng hồng, bơ và táo. Những loại trái cây có vỏ mịn là dễ đo nhất. Chẳng hạn, độ gồ ghề của quả bơ phản ánh tín hiệu yếu hơn và tạo ra những tác động không mong muốn. Nhưng các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách để giải quyết vấn đề gập ghềnh và nói rằng với đủ dữ liệu, phương pháp này có thể được áp dụng cho hầu hết các loại trái cây.
Họ tin rằng công cụ này cũng có thể được mở rộng sang các loại thực phẩm khác, bao gồm cả thịt và đồ uống, bằng cách sử dụng các loại dấu hiệu sinh lý khác nhau. Những trường hợp sử dụng mở rộng đó có thể có ý nghĩa lớn đối với việc giám sát an toàn thực phẩm và sự lựa chọn của người tiêu dùng.
