L'etichetta intelligente con sensore protegge le merci sensibili
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Ricercatori dell'Empa, dell'EPFL e del CSEM hanno sviluppato un'etichetta intelligente verde che misura la temperatura e l'umidità in tempo reale e può anche rilevare se una soglia di temperatura è stata superata. In futuro, questa soluzione potrebbe essere utilizzata per monitorare spedizioni sensibili come quelle di medicinali o alimenti. L'etichetta stessa è completamente biodegradabile.
Ogni giorno, vasti flussi di merci fanno il giro del mondo. Tra questi ci sono spedizioni particolarmente delicate, come alcuni vaccini, medicinali e prodotti alimentari. Per garantire che questi prodotti arrivino a destinazione in modo sicuro, devono rimanere entro un certo intervallo di temperatura e umidità lungo l'intera catena di approvvigionamento. Ma come possiamo garantirlo? È costoso e insostenibile dotare ogni singola spedizione di sensori e chip a base di silicio. E le misurazioni effettuate nei nodi della catena di approvvigionamento non dicono nulla di ciò che è già accaduto alle merci delicate durante il loro viaggio.
I ricercatori dell'Empa, dell'EPFL e del CSEM hanno raccolto questa sfida in un progetto quadriennale chiamato Greenspack. Insieme hanno sviluppato un'etichetta intelligente che misura la temperatura e l'umidità relativa e può "ricordare" quando è stata superata una certa soglia di temperatura. Il piccolo adesivo non solo è privo di silicio, ma è anche completamente biodegradabile. Il progetto è stato finanziato dal Fondo Nazionale Svizzero (FNS) e da Innosuisse nell'ambito del programma BRIDGE Discovery. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica Nature Communications.
Circuiti elettrici con memoria
Ogni giorno, vasti flussi di merci fanno il giro del mondo. Tra di essi vi sono spedizioni particolarmente delicate, come alcuni vaccini, medicinali e prodotti alimentari. Immagine: Adobe Stock
Per svolgere il suo lavoro, l'etichetta intelligente non ha bisogno né di una batteria né di un trasmettitore. Funziona invece in modo simile a un chip RFID. Contiene percorsi stampati di materiali conduttivi che formano circuiti elettrici con elementi resistivi e capacitivi. Se questi circuiti sono esposti a un campo elettromagnetico, ad esempio quello di un lettore di tag, si crea una risonanza che può essere decodificata dal lettore di tag. La parte ingegnosa: La conduttività e la capacità dei singoli circuiti cambiano a seconda della temperatura o dell'umidità ambientale, modificando anche la loro risonanza. Questa alterazione fornisce informazioni sulla temperatura e sull'umidità attuali, senza bisogno di complicate tecnologie di misurazione.
Ma non è tutto: i ricercatori hanno anche voluto dotare l'etichetta di una sorta di "memoria". Se si supera la temperatura di 25° Celsius, un piccolo elemento in uno dei circuiti si scioglie, interrompendo irrimediabilmente il circuito. La volta successiva che l'etichetta viene letta, viene visualizzato: Questa spedizione una volta era troppo calda". "Parlando di vaccini, ad esempio, questo potrebbe significare che la spedizione non può più essere utilizzata o che la data di scadenza non è valida", spiega Gustav Nyström, responsabile del laboratorio Cellulosa e materiali legnosi dell'Empa, che ha guidato il progetto di ricerca.
Questa tecnologia riduce l'onere della catena di approvvigionamento e la sua impronta di carbonio: Le merci potenzialmente danneggiate vengono individuate prima e non devono essere spedite ulteriormente. Se la merce è semplicemente diventata meno resistente a causa dell'esposizione alla temperatura, la spedizione può essere reindirizzata in un luogo più vicino, se necessario. "A seconda dei materiali che utilizziamo, possiamo impostare soglie di temperatura diverse", aggiunge Nyström. È possibile, ad esempio, creare etichette per i prodotti surgelati.
Biodegradabile e sostenibile
Una volta che la spedizione è arrivata a destinazione, l'etichetta dovrebbe essere compostata o inclusa nel riciclaggio del cartone, poiché è completamente biodegradabile. I ricercatori dell'Empa hanno sviluppato un materiale dedicato per il substrato, che consiste in un biopolimero e in fibre di cellulosa. I ricercatori dell'Empa e dell'EPFL hanno poi utilizzato un inchiostro personalizzato contenente lo zinco metallico bioassorbibile per stampare gli elementi di rilevamento conduttivi. Nel frattempo, i ricercatori del CSEM hanno lavorato alla progettazione del tag e alla tecnologia di lettura.
Lavorare con materiali biodegradabili è sempre una sfida: dovrebbero decomporsi solo una volta terminato il loro lavoro. Inoltre, i singoli componenti dell'etichetta sensore dovevano rispondere in modo molto selettivo alle condizioni ambientali: "Non volevamo che il sensore di temperatura reagisse all'umidità e viceversa", spiega Nyström. Insieme, i partner del progetto sono riusciti a risolvere questi problemi. Due ricercatori dell'EPFL stanno ora lavorando per commercializzare i risultati di Greenspack con una start-up chiamata Circelec. I ricercatori dell'Empa, che siedono intorno a Gustav Nyström, vogliono approfondire ulteriormente il campo dell'elettronica verde ed esplorare il potenziale delle etichette intelligenti come sensori per l'agricoltura e il monitoraggio ambientale.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
James Bourely, Nicolas Fumeaux, Xavier Aeby, Jaemin Kim, Gilberto Siqueira, Christian Beyer, David Schmid, Oleksandr Vorobyov, Gustav Nyström, Danick Briand; "Ecoresorbable chipless temperature-responsive tag made from biodegradable materials for sustainable IoT"; Nature Communications, Volume 16, 2025-11-25
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