Исследователи из Принстонского университета и специалисты Microsoft Research разработали быстрый и точный способ определения качества и степени спелости фруктов с помощью высокочастотной беспроводной технологии. Это позволит ускорить сортировку плодов и уменьшить количество пищевых отходов.
Согласно новому исследованию, существующие методы определения зрелости фруктов либо ненадежны, либо слишком затратны, либо требуют много времени для масштабного внедрения. По словам Ясемин Гасемпур, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники Принстонского университета, сейчас отсутствует точный метод определения степени зрелости фруктов и овощей. В основном используют обычный визуальный контроль, когда несколько фруктов достают из коробки и определяют их качество только по внешнему виду. Но такой способ ненадёжен и не даёт гарантии, что плоды не испортятся при транспортировке. А вот с помощью беспроводных технологий можно не только оценивать вид кожицы плодов, их состояние и цвет, но и получить более подробную информацию об их качестве.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, ежегодно выбрасывается примерно треть всех произведённых продуктов питания. По оценкам ООН, половина всех фруктов и овощей в мире утилизируется из-за потери качества. Авторы исследования уверены, что автоматизированный и бесконтактный метод определения качества намного сократят объём пищевых отходов.
Учёные создали систему определения спелости фруктов с использованием беспроводных сигналов в субтерагерцовом диапазоне, которая может сканировать плоды прямо на ленте конвейера. На основании сканирования определяется содержание сахара и сухих веществ под поверхностью кожуры плода.
По словам исследователей, беспроводные системы следующего поколения, например 6G, будут разработаны с учётом новых высокочастотных диапазонов, таких как терагерцовые и субтерагерцовые сигналы. Их внедрение станет драйвером развития не только телеком-отрасли, но и сельского хозяйства. Инновационная технология может применяться для определения качества продуктов питания.
По мере того как плоды продолжают созревать после сбора урожая, их физические и химические свойства также изменяются. Бананы приобретают ярко-жёлтый оттенок, виноградины сморщиваются, авокадо темнеет. Но порой трудно разобраться, связаны ли такие изменения с тем, что фрукт окончательно созрел или уже начал портиться.
Когда субтерагерцовый импульс попадает на кусочек фрукта, его лучи проникают глубже кожуры. Некоторые частоты поглощаются, другие отражаются. Такое неравномерное отражение создает свой собственный сигнал в диапазоне частот, и этот сигнал имеет детализированную и специфическую форму — сигнатуру. Смоделировав механизм этого взаимодействия, собрав большое количество данных, исследователи смогли использовать эту сигнатуру для определения степени зрелости плода.
В эксперименте использовались хурма, авокадо и яблоки. Легче всего измерять плоды с гладкой кожицей. Бугристость отражает более слабый сигнал и приводит к нежелательным эффектам. Но учёные нашли способы решить проблему. При наличии достаточного количества данных метод может быть применён к большинству фруктов. Новый способ определения качества плодов можно применить и к другим продуктам питания, например мясу или напиткам, что в будущем кардинальным образом изменит способ мониторинга безопасности пищевых продуктов.
