Food.minder Sistema domestico di contenitori intelligenti per il monitoraggio della freschezza alimentare
Studente: Lisa Weng Relatore: Francesco Zurlo
Si stima che, ogni anno, un terzo di tutto il cibo prodotto per il consumo dell’uomo vada sprecato Fonte: FAO. Global Food Losses and Food Waste. 2011
Background
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Impatti e rischi
Ambientali
Sociali
Rischi alimentari
Una produzione alimentare che eccede il consumo porta anche a uno spreco di energia, acqua e terra e combustibili da fonti fossili impiegati nelle fasi di coltivazione o allevamento, trasporto e lavorazione del cibo. I rifiuti alimentari nelle discariche, inoltre, producono gas che vanno a incrementare l’effetto serra.
Le implicazioni sociali dello spreco alimentare riguardano il problema della sicurezza alimentare. Mentre un terzo di tutto il cibo commestibile prodotto viene perso o sprecato, globalmente oltre 820 milioni di persone non hanno ancora un accesso sicuro al cibo.
Gran parte dello spreco alimentare è il risultato del deterioramento dei prodotti e di pratiche inadeguate di sicurezza alimentare, i quali possono causare anche gravi situazioni di rischi alimentari. Un modo per combatterlo è quello di rafforzare la conoscenza e le pratiche di sicurezza alimentare a tutti i livelli della catena di approvvigionamento, compreso il consumatore finale.
Fonte: Barilla Center For food and nutrition. Lo spreco alimentare: cause, impatti e proposte. 2012
Background
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Perdite alimentari lungo la filiera
25%
20% 20%
19% 17% 15%
5%
5%
Ce re Fr al ut i T ta ub e Ve eri rd ur a Ca rn La e tte P es e La ce tti cin i
0.7% 0.5% 0.5%
5% 2%
7% 4%
1.2%
2%
0.5%
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4%
9%
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6%
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3.5%
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2%
3.1%
9%
Ce re Fr al ut i T ta ub e Ve eri rd ur a Ca rn La e tte P es e La ce tti cin i
9.4%
11% 11%
10%
Fonte: Food and Agriculture Organization. Global Food Losses and Food Waste. 2011
Background
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Sprechi alimentari per settore Domestico Produzione Lavorazione Vendita all'ingrosso e al dettaglio Ristorazione
Circa il 53% del totale dei rifiuti alimentari europei è generato in ambiente domestico, raggiungendo
47 milioni di tonnellate all’anno
Fonte: FUSIONS. Reducing Food Waste by Social Innovation. 2016
Analisi Problema
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Analisi delle pratiche alimentari
Pianificazione
Shopping
• Comprare più del necessario per mancanza di pianificazione • Nessuna lista della spesa • Fare la spesa solo una volta alla settimana e conservare gli alimenti in frigorifero troppo a lungo • Pasti fuori casa non pianificati
• Non controllare la data di scadenza o dell’integrità della confezione in negozio • Acquisto di cibo in offerta spesso vicino alla scadenza • Affidarsi troppo alla propria memoria per cosa si ha già in casa • Acquisti spontanei frequenti • Acquisto di articoli di cui si ha bisogno solo in parte
Conservazione • Dimenticarsi del cibo posizionato in parti più nascoste del frigo • Mancanza di conoscenza sulle modalità di conservazione adeguate che causano un deterioramento più rapido • Acquisti non necessario, spesso di prodotti ancora presenti in casa • Poca familiarità con i tempi di maturazione di frutta e verdura
Preparazione • Problemi di porzionamentio • Difficoltà nel prevedere quanto cibo si ha effettivamente bisogno • Comprare e preparare troppo per occasioni speciali • Non consumare prima alimenti più vicini al deterioramento
Consumazione • Servire porzioni più grandi del necessario • Considerare gli avanzi inappropriati da consumare • Dimenticarsi degli avanzi
Analisi Problema
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Opportunità progettuali Mancanza di pianificazione
In generale, chi pianifica in anticipo i pasti tende a sprecare di meno. Persone che fanno la spesa seguendo una lista o di un piano di spesa settimanale prestabilito hanno gettato via una quantità minore di alimenti.
Conservazione inadeguata
Una conservazione scorretta degli alimenti può far sì che il cibo si deteriori più rapidamente e ridurre la durata di conservazione, il che di conseguenza può portare a sprechi alimentari altrimenti evitabili.
Alimenti dimenticati
La maggior parte delle persone lascia che il cibo scada semplicemente perché non ricorda dei prodotti nascosti nel retro del frigorifero o della dispensa.
Obiettivo Ideare una soluzione progettuale che possa ottimizzare e migliorare il problema dello spreco alimentare a livello domestico, e assistere il consumatore nella riduzione dei rifiuti alimentari evitabili.
Sviluppo progettuale
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Deterioramento degli alimenti Gli alimenti contengono numerosi microrganismi, come i batteri, che assorbono sostanze nutritive dal cibo e rilasciano gas e acidi come sottoprodotti del loro metabolismo. Alimenti diversi rilasciano diversi composti organici volatili durante il processo di deterioramento. Misurando la quantità di concentrazione di gas nell’aria attraverso l’uso di sensori di gas, può rilevare con maggiore precisione quando un prodotto non è più adatto alla consumazione.
Sviluppo progettuale
Alimenti più sprecati per categoria
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80 70 60 50 40 30 20 10
Fonte: Comprehensive Measurement of Italian Domestic Food Waste in a European Framework. 2021
0 Frutta
Verdure
Pane
Cereali e riso
Latte e yogurt
Uova
Carne e pesce
Tuberi
Legumi Formaggio Frutta secca
Altro
Sviluppo progettuale
Alimenti più sprecati per categoria
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80 70 60 50 40 30 20 10
Fonte: Comprehensive Measurement of Italian Domestic Food Waste in a European Framework. 2021
0 Frutta
Verdure
Pane
Cereali e riso
Latte e yogurt
Uova
Carne e pesce
Tuberi
Legumi Formaggio Frutta secca
Altro
Sviluppo progettuale
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Deterioramento degli alimenti Cereali e riso - Co2 Un indicatore di deterioramento di cereali e riso è l'emissione di anidride carbonica (Co2) a seguito di infestazioni di insetti e formazione di muffe, che ne causano il deterioramento e la produzione di micotossine.
Frutta e verdura - C2H4 C2H6O Numerose tipologie di frutta e vordura rilasciano etilene (C2H4) a causa dello stress ambientale dopo essere stati raccolti, che favorisce la maturazione dei prodotti anche a concentrazioni estremamente basse. Composti organici legati al deterioramento delle verdure includono alcoli a catena corta come il metanolo (CH3OH) e l'etanolo (C2H6O).
Pesce - C3H9N C2H7N La trimetilammina (C3H9N), originata per degradazione dell’ossido di trimetilammina, conferisce ai prodotti ittici il caratteristico odore di pesce. La dimetilammina (C2H7N) trasmette l’odore sgradevole ed è prodotta da fenomeni di autossidazione dei composti organici del pesce, indicando quindi il livello di invecchiamento. Nei prodotti freschi entrambi le sostanze sono praticamente assenti.
Carne - NH3 Co2 Quando carne, pesce o pollame subiscono una degradazione, diversi indicatori di deterioramento indicano il decadimento dei lipidi, la degradazione delle proteine e il decadimento dell'adenosina trifosfato. L'attività microbica nella carne porta alla generazione di composti come ammoniaca (NH3), anidride carbonica (CO2) e trimetilammina (C3H9N) a causa della decarbossilazione, deaminazione e desolforazione degli amminoacidi
Concept
Soluzione
Un sistema di monitoraggio di freschezza in tempo reale degli alimenti per uso domestico composto da contenitori intelligenti in grado di rilevare lo stato di sicurezza degli alimenti e ottimizzarne il consumo . I contenitori sono integrati con sensori di gas a base di nanotubi di carbonio stampati a getto d’inchiostro e incorporati in un circuito RFID in grato di comunicare in modalità wireless con lo smartphone.
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Concept
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System map RFID WIFI
Concept
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Storyboard 1. L'utente può aggiungere articoli all'elenco dell'inventario creandone nuovi o scansionando lo scotrino della spesa. In questa fase è possibile inserire dettagli come quantità, unità di misura e immagini relativi all’alimento. L'utente può configurare il contenitore smart collegando il sensore al rispettivo articolo seguendo le istruzioni dell'app.
2. Dall'applicazione l'utente può controllare in qualsiasi momento lo stato di freschezza degli alimenti.
Concept
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Storyboard 3. Durante la spesa, l'utente può controllare ciò di cui ha bisogno di acquistare generando automaticamente una lista della spesa in base a ciò che è presente nell’inventario.
4. Se il sensore rileva che un alimento è prossimo al deterioramento o è già andato a male, invia una notifica all'utente.
Concept
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Storyboard 5. L'app è in grado di dare ispirazione a ricette in base a ciò che l'utente ha in casa o dare suggerimenti dando la priorità ad alimenti che necessitano di essere consumati per primo.
6. Dopo che un articolo viene consumato, eliminandolo dall'elenco dell’inventario scollegherà automaticamente il contenitore dall'alimento. Il sensore può essere separato dal contenitore per facilitare la pulizia.
Caratteristiche tecniche
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Sistema RFID
La soluzione si basa su un sistema RFID passivo di comunicazione wireless a radiofrequenza dove il lettore, una volta entrato nel range operativo, rileva il TAG e lo interroga, quest’ultimo risponde trasmettendo al lettore i dati contenuti nella memoria. La scelta di utilizzare TAG passivi è per l’abilità di operare senza batteria, non possiedono una propria fonte di energia.
LETTORE
ANTENNA RFID PASSIVO
Trasmettitore Ricevitore
Antenna
TAG Segnale radio
Tag RFID
Caratteristiche tecniche
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Componenti sistema RFID TAG: dispositivo a radiofrequenza che permette la trasmissione di dati a corto raggio senza contatto fisico e visivo.
LETTORE
Antenna: elemento conduttivo che permette di inviare e ricevere i dati. Lettore: elemento che consente di assumere le informazioni contenute nel tag. Sistema di gestione: sistema informativo gestisce le informazioni ottenute dal lettore.
ANTENNA RFID PASSIVO
Trasmettitore Ricevitore
Antenna
TAG Segnale radio
Tag RFID
Caratteristiche tecniche
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Sensore RFID Il sensore consiste nell’integrazione di un’antenna RFID con un composito di nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) per il rilevamento di gas tramite stampa a getto d’inchiostro (inkjet-printing). Il rapporto superficie-volume estremamente elevato, la geometria e la struttura cava dei nanotubi di carbonio sono ideali per l’assorbimento di molecole di gas.
Caratteristiche tecniche
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Struttura TAG Chip RFID (o IC): piccolo microprocessore con un’unità logica che prende le decisioni e fornisce la memoria per memorizzare i dati.
Microchip
Antenna tag: antenna a induzione di comunicazione collegata al chip RFID. Riceve il segnale dal lettore e ne riflette il segnale ricevuto comunicando le informazioni memorizzate nel chip. Substrato: materiale che tiene insieme l’IC e l’antenna tag. Area sensibile Antenna
Food.minder Una famiglia di contenitori intelligenti progettata per diverse categorie alimentari a seconda dei requisiti di conservazione corrispondenti, che monitorano e controllano in tempo reale lo stato di freschezza dei contenuti.
Contenitore
Sensore
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Sviluppo progettuale
Conservazione alimenti per categoria Una corretta conservazione degli alimenti è essenziale per ridurre la quantità di spreco alimentare e l’imballaggio originale dei prodotti spesso non fornisce una condizione ideale di preservazione. Diverse tipologie di alimenti richiedono diverse condizioni di conservazione, quindi la scelta corretta dei contenitori per ciascuna categoria di alimenti può aiutare a ridurre la generazione di spreco alimentare.
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Sviluppo progettuale
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Frutta e verdura
Contenitori separati
Ventilazione
Condensa
Alimenti che producono etilene vanno separati da quelli sensibili all'etilene, in quanto possono ridurre la durata di conservazione di quest'ultimo. Ogni tipologia di alimento andrebbe conservato nel proprio contenitore separato dagli altri.
Frutta e verdura continuano a "vivere" e respirare anche dopo il raccolto. Per mantenere la freschezza è essenziale cercare di mantenere la respirazione il più a lungo possibile. La respirazione richiede ossigeno e in mancanza di quest’ultimo, inizia la fase di decomposizione. È importante, quindi, garantire la ventilazione del contenitore.
La traspirazione è il processo mediante il quale frutta e verdura perdono acqua. Se non controllata, l'acqua rilasciata attraverso questo processo provoca una perdita di massa diretta e la formazione di condensa, la quale rappresenta un problema per la qualità del prodotto in quanto l'acqua può accumularsi e favorire la crescita di microrganismi che riducono i tempi di conservazione.
Contenitore
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Cereali
①
②
③ ④
⑤
⑥
1. Pulsante 2. Corpo meccanismo a scatto
165 mm
⑦
3. Guarnizione in silicone 4. Molla elicoidale 5. Base meccanismo
⑧
90 mm
8. Contenitore in vetro
⑨
160 mm
7. Sensore TAG
240 mm
6. Guarnizione in silicone
9. Rivestimento in silicone 165 mm
165 mm
165 mm
Sviluppo progettuale
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Cereali e riso
Temperatura
Luce solare
Tenuta stagna
Per prevenire il deterioramento è necessario evitare che l’olio naturale nel prodotto irrancidisca. Mantenere una temperatura bassa è fondamentale nell’evitare un deterioramento anticipato.
Il prodotto va conservato al buio, poichè la luce solare genera calore e favorisce l'ossidazione. È ideale, quindi, scegliere un contenitore opaco.
I contenitori devono essere ermetici, in quanto il deterioramento è principalmente causato dall'ossigeno. Una tenuta stagna impedisce all'umidità di insinuarsi e tiene lontani insetti e altri parassiti. Inoltre blocca odori di altri alimenti o prodotti conservati nelle vicinanze, che potrebbero alterarne il gusto.
Contenitore
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Frutta e verdura
①
②
③ ④
1. Regolatore flusso di aria
220 mm
⑤
⑥
2. Foro ventilazione 3. Guarnizione in silicone
90 mm
⑦
110 mm
5. Base forata per separare gli alimenti dall’umidità da condensa
150 mm
4. Sensore TAG
6. Contenitore in vetro 7. Rivestimento in silicone rimovibile
220 mm
110 mm
110 mm
Sviluppo progettuale
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Carne e pesce
Contaminazione incrociata
Congelamento
Materiale flessibile
Devono essere conservati in sacchetti o contenitori sigillati ermeticamente per impedire ai batteri di diffondersi su altri alimenti, che possono causare intossicazione alimentare.
I contenitori devono essere realizzati in materiale idoneo al congelamento, poiché è una pratica comune congelare carne e pesce.
La bruciatura da freddo è un fenomeno che avviene quando gli alimenti congelati perdono umidità in superficie. Se l'alimento non è confezionato ermeticamente, l'aria penetra al suo interno e lo disidrata. Per ridurre la quantità di aria in contatto con gli alimenti è preferibile scegliere un contenitore dal materiale flessibile.
Contenitore
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300 mm
40 mm 150 mm
180 mm
210 mm
60 mm
80 mm
Carne e pesce
230 mm
200 mm
App
Applicazione L’applicazione mobile è lo strumento principale attraverso il quale l’utente può interagire con il sistema, impostare e scollegare i sensori, controllare lo stato di freschezza, regolare ciò che è disponibile o manca ed esplorare nuove ricette.
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App
Inventario
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App
Ricette e spesa
33/34
App
Profilo utente
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Grazie per l’attenzione