数字孪生为水果运输保存“找到”最佳条件

在从生产地到消费者盘子的过程中，全世界大约三分之一的食物会变质。其中一个重要原因是生产和供应链沿线的不利储存条件，包括家中的次优储存。位于圣加伦的Empa仿生膜和纺织品实验室的研究人员一直在研究数字解决方案，以减少这种食物浪费。现在，该团队与伯尔尼大学和南非斯特伦博世大学的研究人员一起，开发出了柑橘类水果的数字孪生系统，并将研究结果发表在《自然食品》杂志上。

用盘子代替垃圾桶

联合国2030年议程的17个可持续发展目标包括粮食安全和可持续农业。联合国粮食及农业组织（FAO）也将可持续数字解决方案和创新视为实现这些目标的一种手段。由Chandrima Shrivastava和Thijs Defraeye领导的团队现在依靠数字信息进行柑橘类水果的虚拟加倍，他们可以通过“升级”来确定，即升级几乎没有使用的数据。Empa的Defraeye解释道：“现在世界上的每个集装箱都配备了一个或多个温度传感器。”然而，到目前为止，这些测量数据中隐藏的各种信息尚未被利用。

通过对物理过程进行数学评估，该团队能够使用数据集跟踪水果随时间变化的关键特性，从而揭示甚至预测质量损失和营销问题。为了做到这一点，研究人员跟踪了47个柑橘类水果集装箱在整个运输路线上的温度变化，并使用计算机模拟来确定相应损伤的概率，例如腐烂、水分损失、冷损伤、霉菌或果蝇幼虫死亡率等理想变化。

其结果是各种运输条件和相应的质量损失。在研究中，一半的货物都超出了最佳运输条件，后果：腐烂、冷损、货物变质。在30天的旅程结束时，剩下的一些柑橘类水果的保质期只有几天。

最佳条件

然而，解决这个问题的办法不仅仅是冷藏食物。相反，有必要以妥协的形式对运输条件进行精确调整。例如，如果柠檬的温度过低，果蝇等害虫或其他质量受损的害虫就会被拒之门外。另一方面，水果因寒冷而受损，这可能使其滞销。

通过使用数字孪生系统，研究小组现在能够确定最佳条件，在这种条件下，苍蝇侵扰、视觉缺陷和冷损伤等相关风险相互权衡。在这项技术得以应用之前，还需要进一步的开发，但目标很明确：在生产和供应链中，公司应该能够将虚拟水果集成到其流程中，以优化现实中的储存条件，减少粮食损失。

行动中的水果“间谍”

Empa的研究人员也在研究水果和蔬菜的生物物理孪生系统，以减少食物浪费。在这里，聚合物模型完美地模拟了作物的特性。此外，这对生物物理学孪生系统配备了传感器，可以测量真实食物的皮肤和肉中的温度和水分含量。通过这种方式，产品中的“间谍”报告了精确的数据，以优化存储和运输过程中的条件，这与传统的测量方法不同。

最近，研究人员扩大了现有传感器水果（苹果和芒果）的范围，包括各种大小的土豆和鳄梨，并改进了材料和制造工艺。

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