Appunti Sensori e strumenti digitali per il design

SENSORI E STRUMENTI DIGITALI PER IL DESIGN

DESIGN ABOUT FOD

Lezione 1

ICT le tecnologie informative per il cibo. Quali sono i benefici dell’utilizzo delle ICT

• IOT Internet of things, nell’industria del cibo

• SENSOR for food

• FruitGuard

•

CONCETTI BASE PER USARE GLI ICT NELLA CATENA ALIMENTARE

Componenti dell'ICT: Software, hardware, data, transactions, comunications

technology, internet access, cloud computing.

Il termine tecnologia dell'informazione e della comunicazione (ICT) è

generalmente accettato per indicare tutte le tecnologie che, combinate,

consentono a persone e organizzazioni di interagire nel mondo digitale.

ICT (Information and Communication Technologies) Tecnologie riguardanti i

sistemi integrati di telecomunicazione (linee di comunicazione cablate e

senza fili), i computer, le tecnologie audio-video e relativi software, che

permettono agli utenti di creare, immagazzinare e scambiare informazioni.

I componenti delle tecnologie ICT sono: i software e l’hardware dove vengono sviluppati i dati che poi

verranno trasferiti e trasmessi, e questi dati che elaboreremo e studieremo verranno ricevuti ovunque

(internet access).

SFIDE DAVANTI A NOI:

• La catena di approvvigionamento alimentare globale sta affrontando sfide estreme a causa di disastri

naturali, epidemia di malattie pandemiche, richiami di cibo e altri fattori.

• Si prevede che la popolazione mondiale raggiungerà i 9,1 miliardi entro il 2050 -> Capacità di sopportare

le richieste di cibo e sostenibilità per nutrire le persone!

• L'aumento della popolazione mondiale e l'aumento della domanda alimentare fanno sì che la catena di

approvvigionamento alimentare debba affrontare sfide come l'aumento dello spreco alimentare e la

riduzione della qualità del cibo a causa della mancanza di adeguati sistemi di monitoraggio della qualità

nell'intera produzione alimentare, trasformazione e trasporto.

• A causa della varietà di rischi e pericoli coinvolti nella produzione, nella lavorazione, trasporto e

stoccaggio, la qualità potrebbe cambiare rapidamente, portando a perdite quantitative e qualitative.

L'importante ruolo che le TIC possono svolgere per la catena del valore alimentare

STRATEGY & TECHNOLOGIES



I dati si possono mandare ovunque si possono condividere con chiunque, questo ti permette di coordinarti.

Bisogna però recuperare dei dati robusti ed efficienti. Le informazioni si prendono da una valanga di punti

(persino il tempo e una informazione) le informazioni servono per essere efficienti e poter lavorare meglio.

• Affrontare i problemi di sostenibilità dei sistemi agroalimentari senza sfruttare altre risorse.

• Le tecnologie dell'informazione e della comunicazione (ICT) comprendono una serie di tecnologie per la

raccolta, lo scambio, l'analisi, l'elaborazione e la trasmissione di dati in forma digitale.

• L'ampia accettazione delle piattaforme Internet rappresenta l'ascesa delle ICT come un potente

strumento per gli sviluppi sociali ed economici

• Le ICT sono in grado di fornire risultati migliori nelle filiere alimentari, garantendo uno sviluppo

sostenibile attraverso i progressi nella produttività, riducendo i costi operativi e facilitando la raggiungibilità

del mercato e il miglioramento delle capacità.

• Le rivoluzioni nelle ICT hanno dimostrato di fornire opportunità di crescita, produttività e occupazione

significative nei paesi in via di sviluppo.

• Le ICT aiutano a ristrutturare le attività della catena del valore nella lavorazione degli alimenti ea ridurre

gli sprechi alimentari

• I sistemi ICT aiutano le organizzazioni di trasformazione alimentare a visualizzare i fattori che influiscono

sulla qualità e sullo spreco alimentare, facilitando l'utilizzo delle risorse disponibili in un modo migliore

TRACCIABILITA’ E DIGITALIZZAZIONE



La tracciabilità ha l’obiettivo di rendere più efficiente la catena di approvvigionamento del cibo FSC. La

tracciabilità deve avere moltissime informazioni.

• La tracciabilità svolge un ruolo vitale nel rendere efficiente una catena di approvvigionamento alimentare

(FSC).

• Porta le informazioni richieste su un materiale alimentare in tutti i punti nodali dell'FSC in un linguaggio

standard.

• Le ICT possono aiutare a fornire un "sistema di gestione della sicurezza alimentare sotto forma di un

efficiente sistema di tracciabilità.

• L'investimento di capitale per stabilire sistemi ICT è significativamente elevato per i paesi in via di

sviluppo, riducendo il rischio di perdite qualitative e quantitative

• Il ruolo dell'ICT integrato e della gestione della catena di approvvigionamento (SCM) produce un impatto

positivo notificabile sulle prestazioni nell'agricoltura FSC

• Aiuta anche la crescita sostenibile delle piccole e medie imprese nei paesi in via di sviluppo come l'India.

• Le applicazioni ICT orientano anche l'economia delle nazioni verso uno sviluppo sostenibile

Digitalizzazione

 informazioni tempo reale.

Una cosa utilissima delle ICT è che tutte le si possono avere ed elaborare in Si

devono leggere tantissimi attributi e qualità per presentare le corrette misure di controllo necessarie al

processo di tali dati per la food chain. Bisogna costruire interfacce utili e quindi semplici.

• La digitalizzazione delle industrie di trasformazione alimentare e FSC è considerata uno strumento di

trasformazione per aggiornare il modello di business alimentare in un'architettura sostenibile.

• Le ICT possono contribuire all'evoluzione delle industrie agroalimentari sostenibili

- aumentare la produttività delle risorse a livello di campo,

- migliorare l'efficienza delle apparecchiature di elaborazione

- migliorare il coordinamento nell'FSC

• Le tecnologie ICT si concentrano su:

- raccogliere informazioni da vari punti della lavorazione e della catena di approvvigionamento alimentare

- elaborare i dati per consentire la quantificazione in tempo reale

- rilevamento di molteplici attributi di qualità

- elaborare i dati per presentare le necessarie misure di controllo richieste nella catena di

approvvigionamento o nei punti di elaborazione

• Le ICT includono

- i sensori

- Computational hardware

- software di elaborazione dati

- Data connectivity “connettività dati” (quale tecnologia è utile?)

• È probabile che le industrie alimentari innovative implementino le TIC per garantire una produzione

alimentare sicura e di qualità

- Raccolta o raccolta di dati, elaborazione e visualizzazione dei dati per identificare una misura di

controllo fattibile

- Memorizzazione dati per la conservazione sicura di documenti industriali con protocolli di privacy e

sicurezza potenziati

- Si prevede che le applicazioni wireless per la raccolta, il trasferimento e l'archiviazione dei dati svolgano

un ruolo significativo nella catena di approvvigionamento alimentare

• Le ICT contribuiscono nei sistemi di trasporto a formare reti di tracciabilità.

• Vengono sviluppate applicazioni ICT basate su sensori per valutare la logistica dei trasporti.

• Le TIC forniscono anche nuove relazioni tra produttori e consumatori basate su maggiore

equità e trasparenza

• Le ICT forniscono un metodo fattibile di gestione delle informazioni nelle filiere agricole e alimentari,

aumentando l'affidabilità

Le tecnologie utili per la Catena Alimentare del Valore

Robots per l’industria alimentare



• L'applicazione della robotica intelligente nello spazio di lavoro industriale si è ampliata con l'aumentare

della conoscenza della sua dinamica, cinematica e meccanismo di controllo.

• L'industria alimentare ha registrato una crescita di oltre il 64% solo tra il 2016 e il 2018 e si prevede che

raggiungerà i 4 miliardi di dollari entro il 2026.

• Nelle attuali applicazioni dell'industria alimentare, la robotica viene utilizzata negli imballaggi e nel cibo

• L'applicazione della robotica intelligente nello spazio di lavoro industriale si è ampliata con l'aumentare

della conoscenza della sua dinamica, cinematica e meccanismo di controllo.

• L'industria alimentare ha registrato una crescita di oltre il 64% solo tra il 2016 e il 2018 e si prevede che

raggiungerà i 4 miliardi di dollari entro il 2026.

• Nelle attuali applicazioni dell'industria alimentare, la robotica

viene utilizzata negli imballaggi e negli alimenti. I fattori

significativi sono:

- Efficienza economica

- Interazione robot-cibo

- Igiene

- Facilità d'uso

I vantaggi della robotica includono:

- La qualità funziona (24 ore su 24, 7 giorni su 7)

- La facilità di sincronizzazione

- Standardizzazione basata sul processo industriale specificato

• I futuri ricercatori dovrebbero collaborare con gli scienziati dell'alimentazione per migliorare l'efficacia in

termini di costi e i parametri a misura di lavoratore.

4.0 per la Catena Alimentare del Valore

L’industria

• L'uso dei progressi tecnologici per raccogliere, elaborare

informazioni e controllare le macchine connesse consentirà

alle industrie di operare in modo efficiente e sostenibile

• L'applicazione di facilitatori tecnici nella trasformazione

dell'industria alimentare è definita Industria 4.0.

Industria

• L'evoluzione 4.0 comporta vari sviluppi tecnologici e

dinamizzazione dell'economia attraverso la configurazione

delle linee di produzione per ottenere flessibilità produttiva

• I tratti salienti dell'Industria 4.0 nei settori alimentari. includere:

- fattibilità di una produzione alimentare personalizzata per soddisfare le esigenze dei consumatori

- gestione in tempo reale

- visualizzazione delle informazioni per ottimizzare il processo decisionale

- tracciabilità dell'intero processo produttivo per aumentare la produttività e ottimizzarne l'utilizzo

risorse disponibili.

• Questa rivoluzione industriale si basa principalmente sui Cyber-Physical Systems (CPS) in cui il computing.

la comunicazione, le tecnologie di analisi dei big data e le utilità di controllo sono integrate.

• Anche la rapida digitalizzazione osservata nelle industrie di trasformazione alimentare con tecnologie

intelligenti come IOT, AI intelligenza artificiale e apprendimento automatico sta cambiando il modello di

business alimentare

• Per sperimentare la nuova rivoluzione dell'automazione industriale alimentare, è essenziale generare

nuove competenze professionali.

• Il termine "digitalizzazione" non implica un semplice trasferimento da un segnale analogico a uno digitale.

Rappresenta una rete collettiva di interfacce generate, processi aziendali, trasferimento di dati e gestione.

e gestione dei dati per la catena alimentare del valore

Raccolta

1.sensori wireless nella raccolta dati

Perché le reti di sensori wireless (WSN)

• Le informazioni raccolte dalle tecnologie dei sensori wireless possono essere integrate con un sistema di

tracciabilità in ogni fase della vita del prodotto lungo tutta la catena di fornitura

• I sensori wireless forniscono una percezione degna di nota della fattibilità di

- controllo di processo machine-to-machine (M2M).

- gestione macchinari

- controllo meccanico robotico

- sistemi di controllo di processo nelle industrie alimentari attraverso la raccolta spaziale dei dati nei

luoghi di lavoro

• Questi sensori wireless sono tipicamente coinvolti in:

- monitoraggio ambientale

- controllo del processo della macchina

- automazione degli impianti

- strutture di tracciabilità degli alimenti

I Bricks che compongono un WSN

• Le reti di sensori wireless spesso richiedono:

- Potente tecnologia radio:

- Un microprocessore ad alta efficienza energetica per gestire la quantità di dati mirata

- Modalità di ingresso e uscita flessibili per vari sensori.

- Fonti energetiche a lunga durata;

- Design flessibile

- Una piattaforma di sviluppo software

• Recentemente sono stati sviluppati nodi di sensori multifunzionali a basso consumo energetico e

convenienti che hanno consentito un rilevamento efficiente della qualità ambientale.

• Una rete di sensori wireless (WSN) è generalmente costituita da:

- Sistemi di trasmissione e ricezione in radiofrequenza (RF).

- Sensori elettronici, microprocessori e sorgenti di alimentazione per sensori wireless auto-organizzanti e

auto-configuranti per rilevare i dati e controllare le misure sui problemi affrontati

- Raccolta dati, condizionamento del segnale ed unità di elaborazione

Strategie applicative WSN

• È disponibile un'ampia gamma di sensori con possibilità di integrazione in un WSN per misurare la

temperatura, la condizione di umidità relativa, i composti volatili e altri parametri che consentono il

monitoraggio di diversi ambienti

• Questi sensori sono integrati con altri sensori o direttamente alla connettività di rete per comunicare o

scambiare i dati con sistemi di gestione dati esterni.

• Un WSN viene utilizzato per varie applicazioni, tra cui la raccolta di informazioni, il monitoraggio e la

manutenzione delle macchine, il monitoraggio ambientale, il monitoraggio in loco automatizzato in tempo

reale dei materiali, la sicurezza. eccetera.

• L'Industrial Internet of Things (IloT) consente lo sviluppo di fattori industriali moderni che aiutano a

comprendere una gestione efficiente, in tempo reale, economica e rispettosa dell'ambiente delle risorse e

promuovono la rivoluzione della produzione verde

Esempi di applicazioni

• Il monitoraggio del controllo dell'umidità in tempo reale con il sistema di sonde wireless e la

comunicazione dei dati M2M aiutano a controllare il processo di essiccazione in tempo reale. Ciò consente

un processo di asciugatura efficiente e accurato.

• Rilevazione di contaminanti alimentari imballaggi intelligenti, ovvero le applicazioni dei sensori nella



confezione degli alimenti.

• Oltre ai sensori a base di ossido di metallo per il monitoraggio dei dati ambientali, diverse applicazioni di

biosensori possono essere utili per il controllo della qualità nelle industrie alimentari.

Esempi di Sensor Technologies

• I sensori comuni utilizzati nelle industrie alimentari sono:

- Sensori basati su semiconduttori di ossido di metallo, sensori colorimetrici per il rilevamento della

visione, ecc.

- Biosensori per rilevare le interazioni biochimiche nei prodotti alimentari durante la

lavorazione e Magazzinaggio

- Sensori a microonde

- Sensori basati sulla risonanza magnetica nucleare (NMR).

• Questi sensori sono facilmente integrabili con i sistemi di archiviazione ed elaborazione delle informazioni

e consentono quindi un efficiente monitoraggio e controllo in tempo reale degli aspetti durante

l'elaborazione, l'archiviazione. e trasporto di materiali alimentari.

• Tecnologie RFID

Sensori RFID

• Sono sensori non ostruiti con o senza batterie, inclusi sensori e sistemi di comunicazione dati basati su RF.

• Può essere utilizzato in vari campi, tra cui l'agricoltura, la sicurezza alimentare, l'industria farmaceutica,

l'immagazzinamento e la sicurezza.

• Possono svolgere un ruolo significativo nella sicurezza alimentare grazie alla natura discreta delle loro

installazioni, densità nodali più elevate e costi di installazione inferiori senza cablaggio esteso.

• Questi tipi di sensori possono eseguire misurazioni attraverso imballaggi non trasparenti.

• Sono applicabili in varie applicazioni di determinazione della qualità degli alimenti come la

determinazione della freschezza del latte e il monitoraggio delle condizioni dei pesci attraverso la

misurazione del cambiamento nelle proprietà dielettriche dei materiali.

• Consentire il monitoraggio multiparametrico utilizzando singoli sensori passivi senza batteria.

02. tecnologie di comunicazione dati

Qual è la differenza tra NFC e RFID?

RFID = Identificazione a radiofrequenza

NFC = Comunicazione in campo vicino

• Range e applicazioni

- NFC ha un raggio d'azione molto breve, in quanto il raggio d'azione generale è entro 0,1 metri.

La tecnologia NFC gioca un ruolo enorme nel controllo degli accessi, nei trasporti pubblici, nei pagamenti

mobili e in altri campi.

- Lo scanner RFID può leggere un gran numero di tag contemporaneamente, cosa molto comune

nell'inventario di magazzino. L'RFID funziona a distanze di centinaia di piedi.

• Comunicazione

- L'RFID è in genere in grado di effettuare solo comunicazioni unidirezionali (dal tag al lettore)

- NFC è in grado di effettuare comunicazioni bidirezionali.

• Archivio dati

- NFC può memorizzare dati più complessi rispetto alle semplici informazioni di identificazione.

- I tag RFID di solito richiedono lettori costosi per estrarre i dati.

• La maggior parte degli smartphone moderni è dotata di funzionalità di lettura NFC. Ciò riduce

notevolmente i costi poiché gli utenti possono semplicemente utilizzare i propri smartphone per leggere i

dati. Gli smartphone possono leggere e scrivere dati su un tag o una scheda, ottenere metadati dettagliati,

avviare un'app o un URL quando il tag viene scansionato.

03. Tecnologie di elaborazione e visualizzazione dei dati

ARCHIVIO DATI

• Sistemi di tracciabilità alimentare che coinvolgono i dati

raccolti dai sensori spesso integrati con i sistemi di

archiviazione Cloud, Edge e Fog che memorizzano i dati

prima dell'elaborazione dei dati attraverso qualsiasi

metodo di analisi dei dati (Medediel et al., 2017).

• La tecnologia del cloud computing contribuisce a fo