Etykieta przypilnuje temperatury paczki. Genialny wynalazek
Jednorazowa, biodegradowalna etykieta pokaże, czy paczka się przegrzała. Bez baterii, bez chipa – wystarczy zbliżyć czytnik.
Jednorazowe rejestratory temperatury i plastikowe tagi RFID skutecznie pomagają pilnować łańcucha chłodniczego, ale po kilku dniach pracy zamieniają się w kłopotliwe elektrośmieci. Szwajcarscy naukowcy proponują niezwykle ciekawą alternatywę: cienką, papierową etykietę bez chipa i baterii, która po przekroczeniu krytycznej temperatury zmienia swój głos radiowy, a potem znika w kompoście.
Papierowa etykieta zamiast loggera z baterią
Nowy tag powstał w laboratoriach EPFL i Empa we współpracy z partnerami z Neuchatel i ETH Zurich. Nie jest to klasyczne urządzenie elektroniczne, lecz prosty obwód rezonansowy RLC wydrukowany cynkiem na elastycznym podłożu z biopolimeru PHBH i celulozy. Dopóki warunki są prawidłowe, obwód rezonuje przy określonej częstotliwości mikrofalowej. Gdy temperatura paczki przekroczy określony próg, układ trwale przeskakuje na inną częstotliwość. Etykieta nie rejestruje pełnej historii, ale zapisuje fakt naruszenia łańcucha chłodniczego w sposób, którego nie da się cofnąć.
Klucz do działania tego rozwiązania tkwi w materiałach zmiennofazowych. Badacze użyli olejów roślinnych: z oliwek, jojoba i kokosowego. Każdy ma inny próg topnienia, co pozwala dobrać etykietę do wymagań konkretnego produktu. Gdy paczka zbyt długo przebywa powyżej danego progu, olej się topi i wsiąka w celulozowy wkład nad elektrodami kondensatora. Zmienia to lokalne właściwości dielektryczne i przesuwa częstotliwość rezonansową tagu o dziesiątki MHz. Nawet jeśli przesyłka znów zostanie schłodzona, sygnał pozostaje w stanie: przegrzane.
Testy wykazały, że przy skoku z temperatury pokojowej na około 30 stopni pierwsze oznaki zmiany pojawiają się już po kilkunastu sek., a po nieco ponad minucie układ osiąga swój stabilny, końcowy stan.
Jak to się czyta?
Do odczytu danych potrzebna jest antena działająca w bliskim polu. W praktyce oznacza to, że tag kładzie się kilka mm nad czytnikiem. W wersji laboratoryjnej do anteny podłącza się analizator sieci wektorowej, który rysuje pełną charakterystykę częstotliwościową.
Na potrzeby logistyki powstał jednak znacznie prostszy zestaw. To tani analizator nanoVNA połączony z minikomputerem Beaglebone. Oprogramowanie wykorzystuje analizę głównych składowych, aby rozróżnić dwa jednoznaczne stany: wszystko w normie i próg temperatury przekroczony. Wynik można wysłać przez Wi-Fi do systemu magazynowego czy aplikacji w telefonie.
Biodegradowalna od początku do końca
Podłoże z kompozytu PHBH-celuloza zapewnia stabilność elektryczną drukowanego cynku, a jednocześnie może się rozłożyć w warunkach kompostowych. Ochronna warstwa wosku pszczelego spowalnia korozję metalu i utrzymuje parametry tagu przez co najmniej rok przechowywania.
W testach zgodnych z normą ISO 20200 sam kompozyt zaczynał się dezintegrwać już po 3 tygodniach, a cały tag, wraz z drukowanym cynkiem i kapsułkowaniem z wosku, znikał w kompoście w mniej niż 9 tygodni. Różnica względem klasycznych loggerów z bateriami i tworzywami sztucznymi jest więc zasadnicza: po zakończeniu misji etykietę można po prostu wyrzucić do kosza z odpadami biodegradowalnymi.
Co to tak właściwie zmienia?
Naukowcy widzą zastosowania swojego rozwiązania przede wszystkim w farmacji i logistyce żywności. Leki biologiczne, szczepionki, produkty mleczne czy świeże ryby – we wszystkich tych przypadkach liczy się pewność, że przesyłka nie wyszła poza dopuszczalny zakres temperatur.
Przeczytaj także:
Nowy tag nie zastąpi oczywiście pełnych rejestratorów tam, gdzie przepisy wymagają ciągłej dokumentacji, ale może stać się prostym i tanim filtrem: jednym zbliżeniem czytnika można sprawdzić, czy paczka choć raz była traktowana niezgodnie z procedurami. A potem, zamiast zasilić rosnącą górę elektrośmieci, etykieta rozpadnie się na bezpieczne składniki w kompoście.
