Científicos de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign examinaron tres métodos de secado inteligentes que utilizan tecnologías de detección óptica habilitadas por IA, mediante el desarrollo de un horno de calor convectivo para probarlos en rodajas de manzana.

Estas técnicas permitirían a los fabricantes de alimentos y bebidas monitorear los procesos de secado con precisión y obtener información valiosa para aplicaciones industriales.

El equipo de investigadores estudió técnicas de secado como:

imagen RGB con visión por computadora
espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR)
imagen hiperespectral de infrarrojo cercano (NIR-HSI)

Los fabricantes pueden utilizar estos métodos de forma independiente o combinada, en función de sus necesidades y rentabilidad.

El autor principal del estudio e investigador postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Agrícola y Biológica, Marcus Da Silva Ferreira, explora cómo estos métodos de secado de alimentos de precisión pueden garantizar la consistencia y la calidad del producto.

Utilizar IA para impulsar el sistema de secado ayudaría a los fabricantes a tratar grandes cantidades de datos. Foto: Freepik

Métodos de secado industrial estudiados

El equipo de investigación está utilizando un dispositivo secador inteligente construido en su laboratorio que utiliza NIR para determinar el punto final del secado, accediendo al contenido de humedad.

“Hemos construido un horno de secado convectivo que utilizamos en algunas condiciones de secado para determinar con precisión el contenido de humedad en la rodaja de manzana para que podamos predecir el tiempo de secado” señala Da Silva Ferreira.

El investigador señala que las imágenes RGB, NIR y NIR-HSI son métodos para monitorear los procesos de secado en tiempo real en lugar de los métodos de secado en sí, ya que no mejoran el secado en función de sus principios. En cambio, se utilizan como herramientas en los sistemas de secado.

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Manejo de datos con IA

Los tres métodos analizados deben combinarse con la IA y el aprendizaje automático para procesar la información y los modelos deben entrenarse para cada aplicación específica, afirma el estudio.

De acuerdo con los científicos, la idea de utilizar la IA para impulsar el sistema de secado inteligente propuesto por el equipo es que esta tecnología ayude a los fabricantes a tratar grandes cantidades de datos, similares a los generados por los sensores inteligentes.

El objetivo de implementarlos en el sistema de secado inteligente está validado por este rol. Por ejemplo, en una máquina a gran escala, se trabaja con la transferencia de masa y los resultados termodinámicos para miles de productos en una línea de producción que implica la gestión y el procesamiento de un enorme volumen de datos.

Incluso cuando estos fenómenos se simplifican en unos pocos parámetros, las técnicas tradicionales de tratamiento de datos a menudo se quedan cortas debido a la escala y complejidad de la tarea.

Además, en los procesos de secado tradicionales, la mayoría de las industrias se ocupan de determinar los puntos finales tomando cada producto a lo largo del tiempo mediante el uso de un medidor de humedad inteligente para establecer el control de calidad.

En ese sentido el equipo de investigación subraya que su principal objetivo es eliminar este paso y ofrecer un sistema de medición en tiempo real.

Estos métodos de secado de alimentos de precisión pueden garantizar la consistencia y la calidad del producto. Foto: Freepik

Mantener la calidad del producto

La industria de alimentos y bebidas ha utilizado durante mucho tiempo el secado de alimentos para conservar frutas y carne. Sin embargo, los científicos señalan que el secado puede alterar la calidad y el valor nutricional de los alimentos, lo que las técnicas de precisión, como los sensores ópticos y la IA, pueden ayudar a reducir.

En la producción de alimentos, los sensores impulsados por IA pueden abordar las inconsistencias al garantizar un rendimiento óptimo del producto sin comprometer la calidad, maximizando así la eficiencia y minimizando las pérdidas.

Las nuevas técnicas no solo pueden ayudar a los fabricantes a producir alimentos consistentes, sino que también permiten el desarrollo de equipos energéticamente eficientes, que desempeñan un papel crucial en el apoyo a la agenda de las Naciones Unidas de reducción de emisiones de carbono para lograr el cero neto para 2050.

Además, los métodos basados en IA pueden ayudar a los fabricantes a impulsar la producción de alimentos "al siguiente nivel". Esto es posible ya que determinan el punto final en tiempo real (retraso mínimo) y, en última instancia, minimizan las cargas de producción, ya que la eficiencia es una función del tiempo en este escenario.

Al garantizar que los productos de alta calidad se entreguen en el menor tiempo posible, los fabricantes de alimentos pueden ahorrar recursos, pues los investigadores consideran que el enfoque cumplirá con principios básicos de la misión del Centro de Investigación Avanzada en Secado:

reducir el desperdicio
mantener la calidad del producto
promover tanto la eficiencia como la sostenibilidad

“Nuestro objetivo futuro es seguir evolucionando en la optimización del sistema, así como en la integración y aplicación de algoritmos de IA de vanguardia. Comprender los aspectos intrincados del proceso de difusión hará posible la calidad perfecta del producto para fabricantes y consumidores", concluye el investigador.

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