Mạng cảm biến và công nghệ thực phẩm

Thực phẩm là nhu cầu thiết yếu của mọi người, khác với các sản phẩm khác, tất cả mọi người đều phải sử dụng chúng hàng ngày, và chất lượng của chúng ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ của người tiêu dùng. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều vấn đề tồn tại trong ngành gây ra hàng loạt các vụ bê bối khiến cho người tiêu dùng hoài nghi về chất lượng của các sản phẩm thực phẩm hơn.

 1.     Những vụ bê bối trong công nghiệp thực phẩm 

Bắt đầu từ khâu sản xuất, khi tìm ra chất dioxin, nguyên nhân gây bệnh ung thư có trong thức ăn cho gia súc buộc chính phủ Bỉ phải chính thức ban hành lệnh cấm: thịt lợn, thịt bò, gà và các sản phẩm từ trứng vào năm 1999, và trang trại Irish Oyster bị buộc đóng cửa sau khi tìm thấy virut Norwalk-like nguyên nhân làm bùng nổ bệnh viêm dạ dày tại Hồng Kông. Vấn đề  không dừng lại đó, khi các nhà phân phối cũng chính thức bị buộc tội trong một vài vụ bê bối, vào năm 2002, NorgesGruppen, công ty chuyên bán buôn và bán lẻ hàng đầu trong ngành thực phẩm tại Nauy, đã có một tiếng xấu khi tìm thấy 5 trong số nhiều siêu thị đang bán thịt quá hạn. Một trong số đó đã bị loại bỏ sau khi thanh tra y tế đã tìm thấy các nhân viện cửa hàng cách đã làm lượng thịt từ các sản phẩm hết hạn. Thiệt hại mà các vụ bê bối mang lại không còn là hàng tỷ Euro mà còn đánh mất lòng tin của người tiêu dùng.

Ngày nay, người tiêu dùng luôn cảnh giác hơn với những gì họ mua và sử dụng. Ngay cả  công ty, nhà cung cấp dường như không liên quan tới các vụ bê bối cũng buộc phải điều chỉnh. Các chuyên gia ẩm thực thực sự lo lắng khi niềm tin của người tiêu dùng càng ngày giảm sút, và thực sự cần phải có một khuôn khổ về pháp lý trong ngành công nghiệp thực phẩm để bảo vệ người tiêu dùng. Chính vì vậy, hiệp hội các nước châu âu đã đưa ra nhiều khung pháp lý về sản phẩm thực phẩm, mức độ cho phép của các chất màu và dioxin trong thực phẩm trong những năm gần đây. Cần lưu í rằng các quy định đó áp dụng trực tiếp vào nhiều khâu trong chuỗi thực phẩm: trồng trọt, sản xuất, vận chuyển, và phân phối.

Những sai sót, thiếu cẩn thận, thiếu trách nhiệm và gian lận của con người chính là nguyên nhân của các vụ bê bối đó. Cảm biến thông minh không dây đưa ra giúp ngăn chặn  những thiếu sót đó và cho một cách quản lý hợp lý. Bằng cách áp dụng cảm biến thông minh giúp phát hiện mầm mống gây bệnh, vi khuẩn, và những tác nhân tiềm tàng có thể gây bệnh do hành động sơ xuất và thiếu trách nhiệm. Mặt khác, với những vị trí lắp đặt của cảm biến giúp các thanh tra thực phẩm và y tế có thể tóm gọn những hành động thiếu đạo đức.

2. Ứng dụng khoa học vào công nghệ thực phẩm. 

Một câu hỏi đặt ra: bằng cách nào nền công nghiệp thực phẩm đưa ra các hệ thống thông tin cho người sử dụng một cách dễ dàng?

Thông thường các thông tin có được chủ yếu từ những hoạch định nguồn lực của doanh nghiệp. Tuy nhiên, gần đây các công ty đã bắt đầu sử dụng các thiết bị di động như là PDAs và công nghệ không dây như là 802.11 để cung cấp các giải pháp tìm kiếm nguồn gốc và phân phối trong các lĩnh vực khác nhau như tìm nguồn gốc và phân phối. Đáng chú ý là việc kết hợp phần mềm quản lý chu kỳ sống của sản phẩm với RFID làm tăng lợi ích của phần mềm và cho một địa chỉ thực phẩm an toàn. Và phần mềm ERP được thiết kế cho quản lý hoạt động trong kinh doanh.

Tuy nhiên, thực sự không đủ cho ngành công nghiệp khi bất kì một quá trình xử lý thực phẩm đều phụ thuộc vào các nhà cung cấp và môi trường bên ngoài. Và những nhiệm vụ then chốt trong sản xuất thực phẩm vẫn tiếp tục thực hiện bằng tay: người nông dân vẫn dùng dụng cụ đo nhiệt độ bằng tay trên các cánh đồng thay vì sử dụng các cảm biến nhiệt độ, và các nhà khoa học vẫn sử dụng các thiết bị cầm tay để kiểm tra sự của các chất gây ô nhiễm. Công nghệ di động là một nhân tố quyết định trong việc cung cấp một giải pháp phần mền tự động hóa cho công nghệ thực phẩm, hiện nay các giải pháp chỉ cung cấp lương thực thực phẩm bằng nhãn và nhãn mác của sản phẩm. Vấn đề cốt lõi là cần một hệ thống theo dõi thực sự tốt để có thể kiểm tra thực phẩm, song điều đó là chưa đủ trong khi hiện nay những thực phẩm đó vẫn chưa được ngăn chặn. Cảm biến thông minh cung cấp địa chỉ an toàn trở thành một vấn đề sống còn.

3.     Mạng cảm biến thông minh 

Khả năng ứng dụng hệ thống cảm biến thông minh đã thay đổi phạm vi ứng dụng từ vườn nho cho tới các thiết bị chính. Khả năng giao tiếp giữa hệ thống cảm biến thông minh với các hệ thống khác đã được trích dẫn trong cuốn Hac (thiết kế mạng cảm biến không dây) ở đó  Bluetooth được đưa ra như một chuẩn giao tiếp giữa các cảm biến. Một phương án khả thi là đưa ra một chuẩn phù hợp với những sản phẩm thiết bị điện nhỏ hơn như điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số một điều có thể mong đợi.  Ngoài ra, công nghệ không dây Zigbee đưa ra giải quyết vấn đề giao tiếp giữa các cảm biến nội bộ.

Nguồn: Tạp chí tự động hóa ngày nay

Giao diện bên ngoài cung cấp bởi Crossbow cho phép cảm biến giao tiếp với các thiết bị điện khác như PCs, máy tính xách tay và PDAs. Một dữ liệu nào từ các thiết bị đều có thể truyển đến một mạng bất kì. Hỗ trợ cung cấp cho các phát hiện này truyền dữ liệu thông qua Java API cung cấp bởi diễn đàn TinyOS mã nguồn mở. Mạng lưới các cảm biến đã được thừa nhận như một sự phần hình thành nhanh chóng của công nghiệp công nghệ. Một phần lý do là ứng dụng rộng rãi của nó.

4. Mạng cảm biến thông minh và công nghiệp thực phẩm 

Lợi ích tăng lên 1 bậc được khi chứng minh bằng việc sử dụng cảm biến cho phát hiện sinh vật học và xúc tác hóa học. Không nghi ngờ an toàn là một vấn đề cấp bách và ứng dụng rõ ràng của mạng cảm biến đặc biệt sự phát hiện chất gây ô nhiễm trong chuỗi cung ứng thực phẩm. Năm 1999, cuộc khủng hoảng Bỉ đã có thể chắc chắn ngăn chặn được nếu thực sự tồn tại công nghệ phát hiện dioxin trong sản phẩm từ thức ăn của động vật.

Việc xem xét kĩ lưỡng nguồn EU rõ ràng là một điều cần thiết, chính vì vậy EU đã áp đặt nhiệm vụ nặng nề lên các nhà sản xuất thực phẩm. Một yêu cầu then chốt cho sản xuất là qui định số 178/2002(cộng đồng các nước châu Âu) yêu cầu các nhà sản xuất giữ các bản ghi chép một cách chi tiết trong quá trình cung cấp chuỗi thực phẩm.

Xung quanh các yêu cầu ghi nhãn và mã vạch cho một lô sản phẩm và có thể dễ dàng thu hồi đối với những sản phẩm có vấn đề. Không chỉ tốt cho những người tiêu dùng, nó còn tốt cho những nhà sản xuất và người bán lẻ khi sản phẩm có thể bị thu hồi trong kiểu cách đúng lúc hơn. Đó là điểm then chốt luật pháp không có nhiệm vụ công khai các sản phẩm thu hồi nếu quá trình đó xảy ra trước khi sản phẩm đưa ra thị trường vì vậy các công ty có thể ngăn chặn những quảng bá quảng bá thất bại và hủy hoại danh tiếng của họ.

Tuy nhiên, đó là những vấn đề với nhãn mác và mã vạch cái có thể làm giảm hiệu quả của họ. Mã vạch và nhãn mác là những vạch ngắn và có thể không đọc được nếu chúng bị phá hủy hoặc bị bẩn và một giải pháp đưa ra là sử dụng nhãn RFID. Nhãn RFID về cơ bản là cảm biến có chứa một ID cho sản phẩm hoặc một lô sản phẩm. Nhãn có phạm vi dài và từ khi chúng ta có công nghệ radio có thể gắn lên chất dẻo. Tất nhiên, từ khi chúng ta cảm nhận chúng có thể là một phần của  mạng lưới cảm biến. Roberti giải thích tại bằng cách nào hải quân Mỹ đã sử dụng RFID như một phần mạng lưới cảm biến cho việc giáp sát áp suất, nhiệt độ và độ ẩm vận chuyển các bộ phận của máy bay bằng contener. Điểm nổi bật của Roberti cũng có thể cung cấp cho công nghiệp thực phẩm. Rất nhiều sản phẩm yêu cầu theo dõi khắp nơi trong chuỗi cung ứng thực phẩm. Điều này không chỉ là việc tuân thủ các mục đích nhưng cũng để chắc chắn cơ quan bảo vệ chất lượng yêu cầu cho người bán lẻ được đáp ứng. Ví dụ, chuỗi làm lạnh đòi hỏi việc làm lạnh sản phẩm là nhà kho với nhiệt độ không đổi từ khâu phân phối cũng như bảo quản sản phẩm. Đặc điểm của mỗi một lô sản phẩm được kiểm tra bởi những người bán lẻ khi hàng đến nơi và bị loại bỏ nếu không được bảo quản đúng theo nhiệt độ yêu cầu. Đến nay, chỉ giải quyết các vấn đề của nhiều các công ty nhỏ đã đưa ra hướng dẫn định kỳ đọc nhiệt độ. Với sự ra đời của mạng cảm biến là hiện tại có thể đưa ra một giải pháp sản xuất theo đó là sự thông báo gần như ngay lập tưc nếu nhiệt độ không thành công các thông số bên ngoài có thể chấp nhận được .

5. Mạng cảm biến và những người trồng trọt 

Các công ty chế biến thực phẩm chỉ là một phần trong công nghiệp thực phẩm và mạng cảm biến không chỉ là các nhà sản xuất mà những người trồng trọt cũng có yêu cầu tương tự. Một ví dụ tiêu biểu là mạng cảm biến áp dụng trong việc trồng nho nhờ công nghệ vi mô của trung tâm nghiên cứu hợp tác Australia và Motorola đã có vườn nho thông minh. Nhờ hệ thống mà yếu tố cần thiết cho người trồng trọt như: tốc độ và hướng gió, nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm không khí, độ ẩm đất trồng, tình trạng ẩm ướt của lá đã được cảm biến đo đạc nhờ đó đã đem lại lợi ích rất lớn cho người trồng nho khi có thể điều chỉnh các yếu tố quyết định trong chất lượng rượu vang.

Như vậy vai trò của hệ thống là rất lớn, không chỉ đem lại thông tin chính xác giúp cho người trồng có thể giám sát cây trồng mà còn giải quyết vần đề các tác nhân xấu như là rệp, sâu bọ, côn trùng hút chất từ quả nho, kết quả sự thối rữa của cây.

Nhờ tính chất phổ biến của truyền dẫn sóng radio trong mạng cảm biến cũng rất quan trọng. Chính vì thế vấn để áp dụng cảm biến trở nên dễ dàng hơn chỉ cần chúng trong phạm vi cần thiết. Một lợi thế nữa đó là giá cả. Cảm biến khí hậu thông thường rất đắt chính điều đó đã hạn chế việc sử dụng chúng từ phần lớn người trồng và sau đó là việc áp dụng trong qui mô nhỏ.

Đặc điểm trên hết của mạng cảm biến không chỉ hữu ích cho những người trồng nho. Bất kỳ người trồng loại hoa quả nào như: ngũ cốc, rau và cây củ cải cũng có nhu cầu tương tự. Chính vì vậy, khả năng ứng dụng của mạng cảm biến ngày càng được mở rộng .

Tuy nhiên, hiện nay các vấn đề theo dõi các cánh đồng hiện tại được điều khiển bằng tay và có phần nền tảng đặc biệt. Đôi khi, đó là những vấn đề phức tạp đem đến những yêu cầu đặc biệt trên cánh đồng. Việc trồng nấm là một ví dụ, có rất nhiều yêu cầu đặc biệt trong nhóm ánh sáng, nhiệt độ và luồng khí và phải được đo bằng tay những thuộc tính của chúng. Việc triển khai mạng lưới các cảm biến thông minh đã làm tăng hiệu quả rất lớn trong quá trình trồng.

6.1 Mạng cảm biến trong sản xuất rượu vang

Việc triển khai dễ dàng và nhanh chóng nhất của mạng cảm biến là trong công nghiệp sản xuất rượu vang. Tuy nhiên, đó có những thành công khác, như bằng cách nào cánh đồng nho Pickberry tại Sonoma, California đã có thể quản lý vấn đề phát triển cây trồng của mình thông qua việc sử dụng mạng cảm biến cung cấp bởi Accenture Labs. Từ viễn cảnh của việc trồng nho cảm biến có thể đước sử dụng để theo dõi độ ẩm  của đất trồng, lượng mưa, vận tốc và hướng gió, và không khí và nhiệt độ của đất. Việc theo dõi các nhân tố có thể quyết định giá thành quản lý cho vườn nho.Ví dụ, phát hiện có sương ngay lập tức các cách ngăn ngừa sự mất mát của cây trồng. Tất cả trở nên quan trọng hơn khi điều đó mang lại cho Pickberry, giá một tấn nho có thể từ 1000-4000$ US .
Tuy nhiên, trong khi tất cả tập trung vào việc sử dụng mạng cảm biến cho việc trồng nho, đó chỉ đơn thuần là một giai đoạn trong quá trình sản xuất rượu vang bằng cách sử dụng cảm biến thông minh có thể đóng một vai trò vô cùng quan trọng.

Ví dụ, nhiệt độ phải được điều khiển hòa toàn trong quá trình sản xuất rượu vang. Điều này là để cho nấm men bám vào nho nó có thể ăn trên đường đi sản xuất rượu- muốn có rượu trắng nhiệt đỏ phải từ 15 -20°C quá trình lên men, muốn có rượu vang đỏ men đòi hỏi nhiệt độ từ 25-30°C. Hơn nữa, để điều chỉnh quá trình lên men quá trình có sự xuất hiện của SO2 phải được thêm vào nhưng điều được kiểm tra phù hợp với hướng dẫn của các nước châu Âu. Cảm hiến thông minh có thể đóng một vai trò rõ ràng trong quá trình lên men được hay không điều đó là nhiệt độ hoặc giám sát SO2. Tuy nhiên, hai ví dụ trên là một trong nhiều khả năng sử dụng mạng lưới cảm biến trong sản xuất rượu vang và cảm biến thông minh đóng vai trò trong mọi công đoạn từ phát hiện axit Maclic tới tannins.

Công đoạng cuối cùng trong quá trình sản xuất tất nhiên là lưu trữ. Một lần nữa cảm biến được sử dụng trong hầm chứa rượu. Sự triển khai cảm biến một cách ngẫu nhiên cũng đã có tiềm năng sử dụng cho việc phát hiện cái gì là thường được gọi là ‘corkage’ (tiếp xúc không khí với rượu nho không thể thiếu việc đóng nút chai) trong chai hoặc mẻ rượu mang.

6.2 Mạng cảm biến trong chuỗi làm lạnh

Một nhiệm vụ khó khăn nhất cho ngành công nghiệp thực phẩm là làm sản xuất thực phẩm đông lạnh, cụ thể là thịt và thịt gia cầm. Nhiệt đô phải được duy trì ở mức độ không đổi từ đầu quá trình cho đến cuối cùng trưng bày bởi người bán lẻ. Tuy nhiên, chuyển bước từ sản xuất tới việc bán, ngày nay điều này đã trở thành điều phiền hà mặc dù đó là yêu cầu cốt lõi để có được sản phẩm đông lạnh tốt. và vấn đề giới hạn về tiền bạc đầu tư cho dây truyền làm lạnh. Liên quan chặt chẽ việc làm lạnh ban đầu để loại bỏ nhiệt từ thịt cho đến khi nó có thể được chế biến hoặc được vận chuyển.

Tuy nhiên, nơi có sự khác biệt đáng chú í nhiệt độ bề mặt của thịt và nhiệt độ sâu bên trong. Trước đây sản phẩm làm lạnh được cắt, băm, bọc hoặc chế biến sau đông lạnh phải mang đến một nơi khác để đảm bảo độ tươi sống cho sản phẩm một lần nữa tại nhiệt độ không đổi trong suốt quá trình vận chuyển.

Những cuộc nghiên cứu đã chỉ ra rằng làm lạnh sơ cấp và thứ cấp là vấn đề quan trọng cho việc duy trì thời gian bảo quản. Trong cuộc nghiên cứu nó đã chỉ ra rằng việc đóng gói thịt bò trong chân không cho kết quả bình quân 25% thời gian sử dụng, 2 tuần thay vì 8 tuần. Đó là lý do một số nhà máy bao gồm việc chở thịt trong vận chuyển ở nhiệt rất cao và không hoàn toàn lạnh trong hộp thịt do sự chuyển động của không khí ít.

Đó rõ ràng là một cơ hội cho mạng cảm biến trong việc làm lạnh sơ cấp và thứ cấp, không chỉ theo dõi nhiệt độ mà còn theo dõi dòng khí. Hiện nay, mặc dù ý định tốt nhất của các nhà sản xuất vấn có thể xảy ra lỗi rất cao. Không chỉ là rủi ro cho người tiêu dùng nhưng nó cũng gây lãng phí nếu hạn sử dụng giảm đi ¼  độ tươi.

Làm lạnh sơ cấp và thứ cấp được làm tại các nhà máy nhưng không chỉ có 2 bước trong chuỗi. Việc làm lạnh khi vận chuyển, nhiều hàng hóa quy định sự phân bố không khí một cách tương xứng. Nó có thể được chú ý khi các đơn vị làm lạnh không làm lạnh thực phẩm. Thay vào đó họ duy trì ở nhiệt độ mà tại đó họ đã được nạp trước. Điều đó tương tự yêu cầu cho tắt nguồn lạnh, trung tâm phân phối, trung tâm và người bán buôn và tất nhiên người bán lẻ .

Trong khi làm lạnh sơ cấp và thứ cấp là trách nhiệm nhà quản lý, bản chất của sản xuất là không có sự điều khiển một hàng hóa. Cuối cùng thì, bất kì một lỗi trong chuỗi làm lạnh sẽ phá hủy danh tiếng của nhà sản xuất thực phẩm đông lạnh thậm chí ngay cả khi lỗi đó do người thứ 3. Tuy nhiên, sự ủy nhiệm của người sử dụng của mạng cảm biến để theo dõi nhiệt độ và dòng chảy không khí trong những bước khác nhau trong quá trình xử lý có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc theo dõi chất lượng của thực phẩm và có thể giúp ngăn chặn hàng hóa bị hỏng trước khi đến tay người tiêu dùng.

7. Những đòi hỏi trong hệ thống công nghiệp thực phẩm 

Công nghiệp thực phẩm bao gồm xử lý rất phức tạp và có nhiều chi tiết được quy định. Sự tương phản là một phần hệ thống thông tin muốn phần mền thật sự dễ dàng cho người sử dụng. Bất kì cảm biến trong hệ thống cũng điều hướng tới công nghiệp thực phẩm sẽ triển khai dễ dàng. Quá trình xử lý thực phẩm đã không chú ý đến cấu trúc của cảm biến, giao diện của chúng và phần mềm attendant cho việc phân tích dữ liệu. Hệ thống phải làm việc theo đúng nghĩa “ ra khỏi hộp”. trong khi điều đó được thừa nhận là một mục tiêu khó khăn cho bất kì công nghệ nảy sinh, đó là vấn đề quyết định cho sự thành công của hệ thống mạng cảm biến trong công nghệ thực phẩm. Tuy nhiên, vấn đề triển khai là một thách thức, cảm biến giám sát đo đạc thông minh yêu cầu thực tế. Đo lường mang tính quyết định như nhiệt độ, tốc độ gió, độ ẩm, thực sự đã được phục vụ cho và có rất ít trong đó là mới. Mở ra một đề tài nghiên cứu sự phát triển của cảm biến là khả năng đo đạc các thành phần đặc biệt hoặc dặc trưng về số lượng hoặc phần trăm chứ không chỉ là phát hiện sự tồn tại của chất đó. Ví dụ nó không chỉ sử dụng có hay không đá vôi trong đất mà còn cho kết quả phần trăm đá vôi trong đất. Tương tự , thực phẩm nhiễm dioxin như sữa  không thể  được thử bằng cảm biến thông minh ngay lúc đó, các thông tin quan trọng cho chương trình đảm bảo chất lượng và phải được thực hiện hầu hết bằng tay cho phần lớn các bộ phận.

Điểm quan tâm khác về công nghiệp thực phẩm là nó sử dụng tương đối ít các phần mền và tương đối chung. Tín hiệu từ một cảm biến bất kỳ trong mạng phải chuyển đổi dễ dàng cho phần mền thứ ba như MS Excel và SAP. Do đó, bất kỳ một hệ thống nào cũng ở trạng thái mở và dễ dàng sử dụng hoặc thậm chí có chức năng tự động xuất sang phần mềm khác.

8. Kết luận

Mạng cảm biến có vô số khả năng sử dụng. Công nghệ thực phẩm mang đến nhiều cơ hội cho cả những nhà cung cấp phần mền và phần cứng dựa vào nó cần phần mền cho việc theo dõi phù hợp, mạng cảm biến bao gồm rất nhiều cảm biến thông minh có thể hoạt động

Tuy nhiên, sử dụng hệ thống rất phức tạp và khó khăn, nếu không cẩn thận sẽ không thành công trong ngành công nghiệp này và cũng sẽ “đóng cửa” hệ thống khi gặp khó khăn trong việc xuất, xử lý và phân tích dữ liệu.

Nguồn: Tạp chí tự động hóa ngày nay

Read more »