Cercetătorii de la EMPA, EPFL și CSEM au dezvoltat o etichetă inteligentă cu senzori care măsoară temperatura și umiditatea în timp real – și poate detecta dacă limita de temperatură a fost depășită. În viitor, astfel de etichete ar putea fi utilizate pentru monitorizarea mărfurilor sensibile, precum medicamentele sau alimentele. Eticheta inteligentă în sine este complet biodegradabilă.
Fluxuri vaste de mărfuri înconjoară lumea în fiecare zi. Acestea includ transporturi deosebit de delicate, cum ar fi anumite vaccinuri, medicamente și produse alimentare. Pentru a ne asigura că aceste produse ajung în siguranță la destinație, ele trebuie menținute într-un anumit interval de temperatură și umiditate pe tot parcursul lanțului de aprovizionare.
Însă cum putem asigura acest lucru? Este costisitor și nesustenabil să echipăm fiecare transport cu senzori și cipuri pe bază de siliciu. Iar măsurătorile efectuate la nodurile lanțului de aprovizionare nu spun nimic despre ce s-a întâmplat deja cu mărfurile delicate pe drumul lor către destinație.
Cercetătorii de la EMPA, EPFL și CSEM au acceptat această provocare într-un proiect de patru ani numit Greenspack. Împreună, au dezvoltat o etichetă inteligentă cu senzori care măsoară temperatura și umiditatea relativă și își poate „aminti” când a fost depășit un anumit prag de temperatură. Micul autocolant nu numai că nu conține silicon, ci este și complet biodegradabil. Cercetătorii și-au publicat descoperirile în revista Nature Communications.
Circuite electrice cu memorie
Pentru a-și îndeplini funcția, eticheta inteligentă nu are nevoie nici de baterie, nici de transmițător. În schimb, funcționează într-un mod similar cu un cip RFID. Conține trasee imprimate din materiale conductive care formează circuite electrice cu elemente rezistive și capacitive. Dacă aceste circuite sunt expuse unui câmp electromagnetic, de exemplu de la un cititor de etichete, se creează o rezonanță ce poate fi decodificată de cititorul de etichete.
Partea ingenioasă este că, în funcție de temperatura sau umiditatea ambiantă, conductivitatea și capacitatea circuitelor individuale se modifică, modificându-le și rezonanța. Această modificare oferă informații despre temperatura și umiditatea curente – fără nicio tehnologie complicată de măsurare.
Dar asta nu e tot – cercetătorii au dorit să ofere etichetei și un fel de „memorie”. Dacă se depășește temperatura de 25°C, un element minuscul dintr-unul dintre circuite se topește, întrerupând iremediabil circuitul. Data viitoare când se citește eticheta, aceasta arată: Acest transport a fost odată prea cald. „Vorbind despre vaccinări, de exemplu, acest lucru ar putea însemna că transportul nu mai poate fi utilizat sau că data de expirare este invalidă”, explică Gustav Nyström, șeful laboratorului de Celuloză și Materiale Lemnoase al EMPA, care a condus proiectul de cercetare.
Această tehnologie reduce povara asupra lanțului de aprovizionare și diminuează amprenta de carbon a acestuia: bunurile potențial deteriorate sunt detectate mai devreme și nu trebuie expediate mai departe. Dacă bunurile au devenit pur și simplu mai puțin durabile din cauza expunerii la temperatură, transportul poate fi redirecționat către o locație mai apropiată, dacă este necesar. „În funcție de materialele pe care le folosim, putem seta diferite praguri de temperatură”, adaugă Nyström. Etichetele pentru bunurile congelate, de exemplu, ar fi posibile.
Biodegradabil și sustenabil
Odată ce transportul a ajuns la destinație, se preconizează că eticheta va fi compostată sau inclusă în reciclarea cartonului, deoarece este complet biodegradabilă. Cercetătorii de la EMPA au dezvoltat un material dedicat pentru substrat, care constă dintr-un biopolimer și fibre de celuloză. Cercetătorii de la EMPA și EPFL au folosit apoi o cerneală personalizată care conține zinc metalic bioabsorbabil pentru a imprima elementele senzoriale conductive. Între timp, cercetătorii de la CSEM au lucrat la proiectarea etichetei și la tehnologia de citire.
Lucrul cu materiale biodegradabile este întotdeauna o provocare – acestea ar trebui să se descompună doar după ce își termină treaba. În plus, componentele individuale ale etichetei-senzor trebuiau să răspundă doar foarte selectiv la condițiile de mediu: „Nu am vrut ca senzorul de temperatură să reacționeze la umiditate și invers”, spune Nyström. Împreună, partenerii proiectului au reușit să rezolve aceste probleme.
Sursa: Tech Xplore