Якість їжі швидко перевіряється
Чи то фрукти, м’ясо чи сир – якість не завжди відповідає вимогам споживача. У майбутньому спектрометр буде розповідати клієнтам, яка якість їжі. Пристрій не більший за грудку цукру, його можна виробляти дешево і в майбутньому навіть знайде місце в смартфонах.
Ананас стиглий? Або ви дратуєтеся, коли повертаєтеся додому і розумієте, що куплений екземпляр не солодкий і не соковитий? А як же якість м'яса? Він містить занадто багато води і стає жорстким під час смаження? Купуючи продукти, клієнтам часто доводиться покладатися на удачу. Цьому має прийти кінець у майбутньому: тоді все, що вам потрібно зробити, це піднести смартфон до виробу, запустити відповідну програму та вибрати відповідний пункт меню, наприклад, «груша» — і пристрій дасть рекомендацію: Вміст фруктози в цій груші високий, зелене світло для покупки. Основою цієї програми є спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону, який вимірює частку води, цукру, крохмалю, жиру та білків у продуктах. Система «заглядає» в їжу на кілька сантиметрів – наприклад, може виявити, чи гниє серцевина яблука. Навіть тонкі пакувальні плівки не перешкода.
Але як працює пристрій? Він випромінює широкосмугове світло на зразок, наприклад шматок м’яса. Залежно від свого складу він різною мірою відбиває світло різних довжин хвиль у ближньому інфрачервоному діапазоні. Спектр повідомляє дослідникам, скільки якої речовини міститься в їжі.
Менший за кубик цукру
Що особливого в спектрометрі: з об’ємом лише 2,1 кубічних сантиметрів, він приблизно на 30 відсотків менший, ніж шматочок цукру, і, отже, значно компактніший, ніж комерційно доступні аналоги, які мають розміри приблизно двох пачок масла. Ще одна перевага: пристрої придатні для масового виробництва і можуть бути виготовлені економічно вигідно. «Ми очікуємо, що спектрометри розвиватимуться подібно до цифрових фотоапаратів», — каже доктор. Генріх Грюгер, відповідальний керівник бізнес-сфери Інституту Фраунгофера фотонних мікросистем IPMS у Дрездені, де розробляється система. «Фотоапарати, які можна було купити десять років тому за 500 євро, можуть працювати менше, ніж ті, які сьогодні можна отримати практично за безкоштовні гроші».
Спектрометри, як правило, складаються з окремих компонентів: дзеркала, щілини, решітки та детектори повинні бути розташовані по частинах у потрібному місці та підігнані один до одного. Дослідники з IPMS виготовляють окремі решітки та оптичні щілини безпосередньо на кремнієвих пластинах. Але це ще не все: тонкі кремнієві пластини настільки великі, що на них можуть поміститися компоненти для кількох сотень спектрометрів, а це означає, що сотні систем ближнього інфрачервоного діапазону можна виготовити одним махом. Вчені складають пластини з інтегрованими компонентами поверх тих, на яких розташовані оптичні компоненти. Вони регулюють і фіксують пластини, а потім ізолюють їх в окремі спектрометри. Дослідникам не потрібно вирівнювати кожен компонент, а лише відповідні вузли підкладки. Ще одна перевага цієї технології MEMS, скорочення від Micro Electro Mechanical Systems: пристрої, виготовлені таким чином, є значно міцнішими, ніж їхні ручні аналоги.
На виставці Sensor+Test з 22 по 24 травня в Нюрнберзі вчені представлять прототип спектрометра (зал 12, стенд 202). Пристрій може з’явитися на ринку приблизно через три-п’ять років. На наступному етапі дослідники працюють над відповідною інфраструктурою. »Ми розробляємо інтелектуальні алгоритми, які миттєво аналізують записані спектри, порівнюють їх із специфікаціями, а потім надають клієнту рекомендацію щодо покупки або відмову. Однак це твердження стосується лише якості продукту, наприклад стиглості чи вмісту води. Однак система не може забезпечити мікробіологічні та токсикологічні висновки." Застосування спектрометра не обмежується харчовим сектором: наприклад, він виявляє підробки і тому може підтвердити, чи є матеріали такої ж високої якості, що й оригінал, чи нижчої якості. Він також може виявити перефарбовані ділянки автомобіля або перевірити вміст ліків і кремів для догляду.
Джерело: Дрезден [Товариство Фраунгофера]
