مكافحة هدر الطعام.. نظام جديد يستخدم إشارات لاسلكية لتحديد نضج الفاكهة

قد لا تفسد تفاحة واحدة فاسدة المجموعة بأكملها، ولكن عندما يتعلق الأمر بتوزيع الطعام، فإن الكثير من الخير يذهب مع الفاسد.

طور باحثون من جامعة برينستون وأبحاث مايكروسوفت طريقة سريعة ودقيقة لتحديد جودة الفاكهة، قطعة قطعة، باستخدام تقنية لاسلكية عالية التردد.

تتيح الأداة الجديدة للموردين طريقة لفرز الفاكهة بناءً على قياسات النضج الدقيقة، وهي تعد بالمساعدة في الحد من هدر الطعام من خلال تحسين التوزيع: يتم قطف الفاكهة الجيدة من العناقيد السيئة، ونقل الفاكهة الناضجة إلى مقدمة الصف.

وفقًا للدراسة الجديدة، التي تم تقديمها في 3 أكتوبر في مؤتمر ACM MobiCom لعام 2023 حول الشبكات والحوسبة المحمولة، فإن الأساليب الحالية لتحديد النضج إما غير موثوقة، أو واسعة جدًا، أو تستغرق وقتًا طويلاً للغاية، أو مكلفة للغاية للتنفيذ على نطاق واسع.

تقديرات الفحص البصري السيئة

وقالت ياسامان قاسمبور، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة برينستون وأحد الباحثين الرئيسيين في الدراسة: “لا توجد طريقة منهجية لتحديد حالة نضج الفواكه والخضروات”، “إنه في الغالب فحص بصري عشوائي، حيث تقوم بفحص ثمرة واحدة خارج الصندوق على خطوط التوزيع وتقدير جودتها من خلال الاتصال الجسدي أو تغيير اللون.”

وأضافت، أن هذا النوع من الفحص البصري يؤدي إلى تقديرات سيئة في كثير من الأحيان، وبدلاً من الاعتماد على شكل القشرة أو ملمسها عند اللمس، يمكن للإشارات اللاسلكية المتقدمة أن تلقي نظرة خاطفة بشكل فعال تحت سطح قطعة الفاكهة وتكشف عن معلومات أكثر ثراءً حول جودتها.

عدم الكفاءة في صناعة الأغذية

في جميع أنحاء العالم، تشير تقديرات الأمم المتحدة إلى أن نصف الفواكه والخضروات يتم إهدارها، يقول مؤلفو الدراسة الجديدة، إن عدم الكفاءة على هذا النطاق لا يظهر إلا في صناعة الأغذية، وأن التقنيات الآلية وغير الجراحية والقابلة للتطوير يمكن أن تلعب دورًا في تقليل كل هذه الهدر.

وقال رانفير تشاندرا، المدير الإداري لأبحاث الصناعة والمدير التنفيذي للتكنولوجيا للأغذية الزراعية في مايكروسوفت: “عندما ننظر إلى التحديات العالمية المتعلقة بالأمن الغذائي والتغذية والاستدامة البيئية، فإن قضية هدر الطعام تلعب دورًا رئيسيًا”.

6% من انبعاثات الغازات الدفيئة

وأضاف، أن كمية الطعام المهدرة كل عام يمكن أن تطعم أكثر من مليار شخص، ويمثل هدر الطعام ما يقرب من 6% من انبعاثات الغازات الدفيئة في العالم.

وقال شاندرا: “إذا تمكنا من تقليل هدر الطعام، فسيساعد ذلك في إطعام السكان، والحد من سوء التغذية، والمساعدة في التخفيف من تأثير تغير المناخ”.

أنظمة الجيل التالي اللاسلكية

قام الفريق، بقيادة غاسمبور وشاندرا، بتطوير نظام لتحديد النضج باستخدام الإشارات اللاسلكية في نطاق تيراهيرتز الفرعي الذي يمكنه مسح الفاكهة على الحزام الناقل.

تتفاعل إشارات تيراهيرتز الفرعية – بين الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء – مع الفاكهة بطرق يمكن قياسها بتفاصيل دقيقة، مما يؤدي إلى قراءات لمحتوى السكر والمادة الجافة تحت سطح قشر الفاكهة.

وقال الباحثون، إن أنظمة الجيل التالي اللاسلكية، مثل معايير الجيل السادس القادمة، سيتم تصميمها لاستيعاب نطاقات الترددات العالية الجديدة مثل إشارات تيراهيرتز وتحت تيراهيرتز.

ولكن في حين أن هذه النطاقات بدأت في إطلاق تقنيات اتصالات جديدة، فإن تقنية برينستون-مايكروسوفت هي واحدة من أوائل التقنيات التي استفادت من هذه الإشارات للاستشعار، وخاصة للاستشعار الذكي للأغذية.

علامات قياس نضج الثمار

مع استمرار نضج الثمرة بعد الحصاد، تتغير أيضًا خواصها الفيزيائية والكيميائية والكهربائية.

الموز أصفر، تجعد العنب، الأفوكادو أغمق، ولكن بالنسبة للكثير من الفاكهة، من الصعب معرفة كيفية ارتباط تلك العلامات الخارجية بالنضج الفعلي أو الجودة.

أي شخص يقضم تفاحة حمراء لامعة تمامًا ثم يجدها جافة ودقيقة يفهم هذا التفاوت.

عندما تصطدم نبضة تحت تيراهيرتز بقطعة من الفاكهة، فإن أشعتها تتجاوز عمق الجلد. يتم امتصاص بعض الترددات، وينعكس البعض الآخر، والعديد من الترددات تفعل القليل من الاثنين بكثافة متفاوتة.

ينشئ الانعكاس إشارة خاصة به عبر نطاق من الترددات، وهذه الإشارة لها شكل مفصل ومحدد – التوقيع.

ومن خلال نمذجة فيزياء هذه التفاعلات والحصول على الكثير من البيانات، تمكن الباحثون من استخدام هذا التوقيع للكشف عن حالة نضج الفاكهة.

وقال قاسم بور: “كان من الصعب حقاً تطوير نموذج لهذا الأمر”. وقالت إن الطبقات الهيكلية العديدة للفاكهة – البذور واللب والقشر – تزيد من تعقيد المشكلة، بالإضافة إلى الاختلافات في الحجم والسمك والاتجاه والملمس.

“لذلك، قمنا بإجراء بعض نماذج الموجات والمحاكاة، ثم قمنا بتعزيز تلك الأفكار بالبيانات التي جمعناها.”

وفي التجربة، استخدموا الكاكي والأفوكادو والتفاح، من الأسهل قياس الفواكه ذات القشرة الناعمة. على سبيل المثال، تعكس وعورة ثمرة الأفوكادو إشارة أضعف وتنتج تأثيرات غير مرغوب فيها.

لكن الباحثين وجدوا طرقًا للتغلب على مشكلة النتوءات، وقالوا إنه مع وجود بيانات كافية، يمكن تطبيق هذه الطريقة على معظم الفواكه.

ويعتقدون أن هذه الأداة يمكن توسيعها لتشمل أنواعًا أخرى من الأطعمة أيضًا، بما في ذلك اللحوم والمشروبات، باستخدام أنواع مختلفة من العلامات الفسيولوجية، يمكن أن يكون لحالات الاستخدام الممتدة هذه آثار كبيرة على مراقبة سلامة الأغذية واختيار المستهلك.