L'intelligenza artificiale come elemento di cambiamento per gli imballaggi in plastica
Nel laboratorio di innovazione KIOptiPack, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria di processo e l'imballaggio IVV lavorano con 51 partner dell'industria e della scienza per sviluppare strumenti innovativi di ottimizzazione supportati dall'intelligenza artificiale e una sala dati che collega tutti gli attori dell'industria dell'imballaggio e i loro dati. L'obiettivo è quello di utilizzare gli strumenti di intelligenza artificiale per mantenere in futuro gli imballaggi in plastica in circolazione.
Le materie plastiche sono leggere, durevoli e facili da lavorare: un vero e proprio tuttofare tra i materiali. Non sorprende quindi che oltre il 60% dei prodotti confezionati in Germania sia avvolto in plastica. L'obiettivo dell'industria delle materie plastiche è quello di utilizzare il design ideale dell'imballaggio (design for recycling) per promuovere l'economia circolare, ridurre al minimo l'impatto sull'ambiente e allo stesso tempo fornire una protezione ottimale per i prodotti confezionati. Idealmente, gli imballaggi dovrebbero contenere la maggior quantità possibile di materiale riciclato. Un nuovo regolamento dell'UE richiede inoltre che entro il 2030 il 35% degli imballaggi in plastica sia realizzato con materiali riciclati.
È qui che entra in gioco la ricerca di KIOptiPack, uno dei due laboratori di innovazione dell'AI Application Hub Plastic Packaging (vedi sotto "L'AI Application Hub Plastic Packaging"), finanziato dal Ministero federale della Ricerca, della Tecnologia e dello Spazio. Insieme ai partner del progetto, i ricercatori del Fraunhofer IVV stanno utilizzando l'intelligenza artificiale per cambiare le carte in tavola nel riciclaggio e nella trasformazione del riciclato in imballaggi, al fine di rispondere alle sfide tecniche e alle elevate esigenze della produzione di imballaggi. L'obiettivo è ridurre i rifiuti di plastica, creare imballaggi più sostenibili e soddisfare la domanda di materie prime riutilizzandole come materiale riciclato, per garantire una maggiore sicurezza di approvvigionamento in Europa in modo orientato al ciclo. A tal fine, i ricercatori del Fraunhofer IVV hanno sviluppato strumenti di ottimizzazione basati sull'intelligenza artificiale e li hanno collegati in rete con l'aiuto di una data room. In questo modo è possibile tenere conto in modo efficiente dei numerosi requisiti degli imballaggi in plastica. In particolare, ciò consente di gestire questi imballaggi nel ciclo e di ottimizzarli in modo olistico. Oltre alla questione della compatibilità ambientale e dell'ecobilancio, vengono presi in considerazione anche gli aspetti della funzionalità, del design, dell'accettazione da parte del cliente e della producibilità. Una volta che tutti i dati sono stati completamente integrati, gli strumenti di intelligenza artificiale suggeriscono i migliori progetti di packaging possibili per un determinato prodotto, riducendo al minimo l'uso di materiali. La data room raccoglie e collega tutti i dati digitali necessari sulle proprietà, le origini e le destinazioni dei materiali. In questo modo, fornisce un'infrastruttura comune per lo scambio di dati attraverso i confini dello stabilimento. Anche il modello di dati su cui si basa l'intero pacchetto, che rende possibile lo scambio di dati tra i vari attori, è stato sviluppato presso il Fraunhofer IVV.
Digitalizzazione dei flussi di materiali per proteggere il consumatore
"Uno spazio dati condiviso è essenziale per incorporare meglio i riciclati nelle soluzioni di imballaggio", afferma il Prof. Dr. Andrea Büttner, Direttore del Fraunhofer IVV. "Il riciclato è un materiale prezioso. Ma la qualità della plastica riciclabile deve essere corretta. Se i riciclati sono contaminati da sostanze indesiderate come plastiche estranee, inchiostri di stampa o prodotti di degradazione, ciò può comprometterne significativamente la qualità e renderli addirittura inutilizzabili. Non appena la plastica viene riciclata, in linea di principio può contenere impurità". Questo pone delle sfide particolari all'industria. Dai produttori di riciclato alle aziende che producono pellicole da imballaggio e all'industria alimentare, è quindi necessario uno scambio sistematico di dati e una terminologia standardizzata quando si tratta di materie plastiche. Questo riguarda soprattutto le poliolefine, il gruppo più numeroso di materie plastiche, che possono cambiare in modo significativo durante la lavorazione.
L'AIaiuta a scegliere il metodo di riciclaggio giusto
"Per garantire che i riciclati possano essere lavorati secondo standard elevati, sono necessari strumenti supportati dall'AI. Le nostre soluzioni software modulari sviluppate presso il Fraunhofer IVV supportano, tra l'altro, la caratterizzazione e l'analisi delle proprietà dei materiali e collegano i flussi di informazioni in modo tale da poter identificare un campo di applicazione adeguato per i riciclati con proprietà fluttuanti", afferma il dott. Matthias Reinelt, responsabile del gruppo Durability and Packaging Modelling del Fraunhofer IVV. "Il nostro strumento di intelligenza artificiale per la produzione di imballaggi utilizza il maggior numero di informazioni possibili sul riciclato per determinare il metodo di lavorazione ottimale, in modo che alla fine della catena di processo, ad esempio, un vasetto di yogurt prodotto in modo sostenibile con una distribuzione omogenea dello spessore delle pareti e la forma desiderata possa finire sullo scaffale". I ricercatori valutano anche la qualità dei riciclati utilizzando metodi di analisi cromatografica, che si avvalgono anche di strumenti di intelligenza artificiale per una migliore identificazione delle sostanze. L'obiettivo è evitare che i riciclati non idonei o contaminati entrino nel ciclo nonostante una buona selezione.
Gli strumenti di ottimizzazione basati sull'IA e la sala dati in rete del Fraunhofer IVV e dei partner del progetto sono talvolta integrati direttamente nel processo produttivo dei rispettivi produttori. Sono quindi possibili suggerimenti in tempo reale per un'ulteriore lavorazione a seconda del riciclato utilizzato sulle macchine in loco.
Gli strumenti di IAaffrontano il gap di riciclaggio
L'uso di riciclato nei prodotti in plastica è in continuo aumento, ma nonostante questo sviluppo, la quantità di plastica riciclata non sarà sufficiente per raggiungere le quote di utilizzo di riciclato previste dalla legge. Il divario tra l'offerta e la domanda di plastica riciclata aumenterà nei prossimi anni. Entro il 2030, si prevede che la domanda di riciclati supererà l'offerta del 30%. "Non possiamo colmare il gap di riciclo nel settore della plastica a lungo termine con soluzioni isolate. I nostri strumenti di ottimizzazione supportati dall'intelligenza artificiale, che collegano i flussi di materiali e informazioni, affrontano il problema. Stiamo mettendo in rete gli attori di un'ampia gamma di industrie e cerchiamo di rispondere meglio alla scarsità di risorse", riassume il Prof. Büttner.
Esperti del mondo scientifico, industriale, politico e associativo provenienti da tutta la Germania discuteranno l'intera gamma di argomenti relativi alla plastica, agli imballaggi e al loro riciclo al "Future Forum Plastics Cycle" che si terrà a Berlino dal 1° al 3 luglio. L'obiettivo è quello di discutere insieme di modi innovativi per muoversi verso un'economia circolare rispettosa delle risorse - e di mettere in pratica soluzioni specifiche.
Il "polo applicativo dell'intelligenza artificiale per gli imballaggi in plastica"
51 partner provenienti dal mondo dell'economia, della scienza e della società stanno lavorando insieme in due laboratori di innovazione per chiudere il più possibile il cerchio degli imballaggi in plastica: KIOptiPack per la progettazione e la produzione e K3I-Cycling per il riciclaggio e la selezione dei materiali. Sono stati istituiti per consentire lo scambio di dati tra i laboratori e garantire che tutti i risultati rilevanti siano presi in considerazione lungo l'intera catena del valore.
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