연구팀, 운송을 위한 부패하기 쉬운 식품 '스마트 포장' 시스템 설계 시작

Jun 19, 2023

2023년 8월 21일

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케이스 웨스턴 리저브 대학교

케이스 웨스턴 리저브 대학교(Case Western Reserve University) 연구원들은 운송 중 부패하기 쉬운 식품의 온도 변동, 수분 변화 및 병원균을 모니터링하는 "스마트 포장" 시스템 개발을 주도하고 있습니다.

에너지 효율적인 접근 방식은 유통업체에게는 보다 비용 효과적인 공급망을, 식품 생산업체에게는 비용 절감을, 소비자에게는 더 높은 품질의 식품을 제공할 수 있습니다.

연구팀을 이끌고 있는 케이스 웨스턴 리저브(Case Western Reserve)의 기계 및 항공우주 공학, 전기, 컴퓨터 및 시스템 공학 조교수 Chanyong (Chase) Cao는 "만약 이것이 잘 작동한다면 모든 사람이 이익을 얻을 수 있습니다"라고 말했습니다. "인간이 소비하기 위해 생산된 모든 식품의 약 1/3이 손실되거나 낭비됩니다. 이는 매년 약 13억 톤의 식품입니다. 우리의 솔루션은 부패를 크게 줄이고 비용을 절감하며 식품 안전을 보장할 수 있습니다."

이 팀의 연구는 최근 Nano Energy 저널에 온라인으로 게재되었습니다.

시스템의 핵심 기능은 주변 에너지를 활용하고 저장하기 위해 건조제(수분을 흡수하기 위해 포장에 들어 있는 작은 실리카겔 펠릿 패킷)를 사용하는 에너지 수확기와 유연한 센서로 구성된 소형 자체 구동 모니터링 장치입니다. 이 시스템에서는 음식 배달 트럭 자체의 진동을 통해 에너지가 생성됩니다.

이 에너지는 식품 생산자와 운송 직원에게 포장된 식품의 온도, 습도 및 부패 상태에 대한 디지털 데이터를 제공하는 실시간 모니터링 시스템을 구동합니다.

이를 실현하기 위해 Cao와 그의 팀은 감지 시스템의 작동 시간을 연장하기 위해 건조제 기반 마찰전기 나노발전기(D-TENG)를 고안했습니다.

마찰전기 나노발전기는 기계적 에너지(종종 서로 미끄러지는 두 물체 사이)를 전기로 변환하는 에너지 수확 장치입니다.

팀은 건조제 재료를 보관하기 위해 판지 기반 벌집형 프레임을 설계했습니다. 이제 건조제 재료가 벌집 내부에서 튀어오르면서 전기를 생성하는 데에도 사용됩니다.

Cao는 일부 현대 운송 회사가 이미 온도, 습도 및 이산화탄소를 기록하기 위해 센서를 사용하고 있지만 이러한 시스템을 작동하는 데 필요한 기존 배터리는 비용이 많이 들고 무겁고 환경 오염에 기여할 수 있다고 말했습니다. Cao는 이러한 시스템 중 다수가 식품 부패를 감지하기 위한 실시간 데이터를 제공하지 않는다고 말했습니다. 기존의 소형 휴대용 시스템은 매우 제한된 기간 내에만 환경 조건을 감지할 수 있습니다.

팀의 접근 방식은 공급망에서 부패하기 쉬운 음식을 보관하고 신선하게 유지하기 위한 더 나은 기술을 포함하는 음식물 쓰레기에 대해 세계 은행이 제안한 솔루션과 일치합니다. Cao와 그의 팀은 이 프로젝트에서 운송 중에 부패하기 쉬운 식품을 더 잘 냉각하는 방법을 다루지 않았지만 언제, 무엇이 잘못될 수 있는지 식별하는 첫 번째 작업을 다루고 있을 것입니다.

팀은 현재 작동하는 프로토타입을 조립하고 있습니다. Cao는 향후 5년 동안 생산 규모를 확대하고 마케팅을 시작할 계획이라고 말했습니다.

Cao와 그의 팀은 식품 부패를 탐지하고 예방하는 데 주력하고 있지만 이 기술이 백신 배송에도 이점을 제공할 수 있다고 믿습니다. 이 시스템은 기업과 정부 기관에 중요한 배송물의 온도에 대한 정확한 실시간 정보를 제공할 수 있습니다.