Les chercheurs de l'Université Case Western Reserve dirigent le développement d'un système « d'emballage intelligent » pour surveiller les fluctuations de température, les changements d'humidité et les agents pathogènes dans les produits alimentaires périssables pendant le transport.
Leur approche économe en énergie peut offrir une chaîne d'approvisionnement plus rentable pour les distributeurs, des économies pour les producteurs de produits alimentaires et des aliments de meilleure qualité pour les consommateurs.
"Si cela fonctionne bien, tout le monde en bénéficiera", a déclaré Chanyong (Chase) Cao, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial et de génie électrique, informatique et des systèmes à Case Western Reserve, qui dirige l'équipe de recherche. "Environ un tiers de tous les aliments produits pour la consommation humaine sont perdus ou gaspillés, soit environ 1,3 milliard de tonnes de nourriture chaque année. Notre solution pourrait réduire considérablement la détérioration, réduire les coûts et garantir la sécurité alimentaire."
Les recherches de l'équipe ont été récemment publiées en ligne dans la revue Nano Energy. .
Une caractéristique centrale de leur système est un petit dispositif de surveillance auto-alimenté composé de capteurs flexibles et d'un récupérateur d'énergie qui utilise des déshydratants (les petits paquets de pastilles de gel de silice trouvés dans les emballages pour absorber l'humidité) pour exploiter et stocker l'énergie ambiante. Dans ce système, l'énergie est générée par les vibrations du camion de livraison de nourriture lui-même.
Cette énergie alimente un système de surveillance en temps réel qui fournirait aux producteurs de produits alimentaires et au personnel de transport des données numériques sur la température, l'humidité et les conditions de détérioration des aliments emballés.
Pour y parvenir, Cao et son équipe ont mis au point ce qu'ils appellent un nanogénérateur triboélectrique à base de dessicant (D-TENG) pour prolonger la durée de vie du système de détection.
Les nanogénérateurs triboélectriques sont tout dispositif de récupération d'énergie qui convertit l'énergie mécanique (souvent entre deux objets glissant l'un contre l'autre) en électricité.
L'équipe a conçu un cadre en nid d'abeilles à base de carton pour stocker les matériaux déshydratants, désormais également utilisés pour créer de l'électricité lorsqu'ils rebondissent à l'intérieur du nid d'abeilles.
Cao a déclaré que même si certaines entreprises de transport modernes utilisent déjà des capteurs pour enregistrer la température, l'humidité et le dioxyde de carbone, les batteries traditionnelles nécessaires au fonctionnement de ces systèmes sont coûteuses, lourdes et peuvent contribuer à la pollution de l'environnement. Beaucoup de ces systèmes ne fournissent pas de données en temps réel pour détecter la détérioration des aliments, a déclaré Cao. Les petits systèmes portables existants ne peuvent détecter les conditions environnementales que dans un délai très limité.
L'approche de l'équipe s'aligne sur les solutions proposées par la Banque mondiale pour lutter contre le gaspillage alimentaire, qui incluent une meilleure technologie pour stocker et conserver les denrées périssables au frais dans la chaîne d'approvisionnement. Bien que Cao et son équipe n'aient pas abordé la manière de mieux refroidir les aliments périssables en transit dans ce projet, ils s'attaqueraient à la première tâche consistant à identifier quand et ce qui pourrait mal se passer.
L'équipe assemble actuellement un prototype fonctionnel ; Cao a déclaré qu'il espérait augmenter la production et commencer à la commercialiser au cours des cinq prochaines années.
Cao et son équipe se concentrent sur la détection et la prévention de la détérioration des aliments, mais il pense que la technologie pourrait également présenter des avantages pour l'expédition de vaccins. Le système pourrait fournir aux entreprises et aux agences gouvernementales des informations précises en temps réel sur la température de ces expéditions critiques.
Plus d'informations : Yaokun Pang et al, Vers un système d'emballage intelligent intégré auto-alimenté − Nanogénérateurs triboélectriques à base de dessicant, Nano Energy (2023). DOI :10.1016/j.nanoen.2023.108659
Informations sur le journal : Nanoénergie
Fourni par l'Université Case Western Reserve
