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CAIXA 4.0 - Aplicação da agricultura de precisão ao desenvolvimento de um produto-caixa sensorizada com diferentes aplicações no setor agroalimentar (ID: 222 )
Coordenador: Egas Moniz - Cooperativa de Ensino Superior, CRL
Iniciativa emblemática: 8. Agricultura 4.0
Data de Aprovação: 2022-03-07 Duração da iniciativa: 2024-06-30
NUTS II: Centro NUTS III:
Identificação do problema ou oportunidade
O desperdício alimentar e a segurança
e qualidade dos alimentos produzidos constituem preocupações transversais
com impacto económico, social e
ambiental significativos. A segurança e qualidade dos alimentos produzidos
assume também uma importância crucial. As doenças com origem alimentar assumem
ainda nos dias de hoje um peso significativo na carga de doença em Portugal.
Assim, estratégias que
potenciem a produção de alimentos
seguros e com qualidade suportada por sistemas
alimentares sustentáveis é uma exigência atual reconhecida pelas políticas
públicas e pelos consumidores.
A iniciativa Caixa 4.0 pretende combater estes desafios atuais.
Os alimentos hortofrutícolas já obedecem a um conjunto de requisitos
em termos de produção, colheita e processamento, que controlam potenciais
riscos de contaminação no manuseamento. Uma das respostas importantes aos
efeitos da crise da COVID-19 é o aumento da vida útil dos alimentos frescos. O
desenvolvimento de embalagens inteligentes, dispondo de sensores em ligação com
uma plataforma on-line de apoio, ajudará a limitar o manuseamento direto dos
alimentos pelo consumidor, e a sensorização na embalagem ajudará na
rastreabilidade e na monitorização da qualidade do produto. As embalagens, além
de biodegradáveis e reutilizáveis, permitirão uma fácil limpeza, minimizando
possíveis focos de contaminação.
As embalagens inteligentes
e a extensão de vida útil do produto são necessidades, não só do setor nacional,
mas também do sector hortofrutícola europeu, razão pela qual a COTHN-CC como
membro da AREFLH, realizou uma agenda de inovação para o setor hortícola, onde
foram consideradas as TICs aplicadas a embalagens inteligentes em frutas e
legumes para prolongar a vida útil dos mesmos e minimizar o impacto ambiental,
e assim evitar desperdícios.
Este alinhamento das
necessidades nacionais com as necessidades mais globais do setor europeu, torna
a iniciativa CAIXA 4.0 ainda mais oportuna e de grande impacto.
O setor
nascente dos insetos baseia-se na valorização de subprodutos vegetais,
transformando-os em produtos finais de elevado valor nutricional e de mercado, com
elevadas percentagens de proteína, óleo e de minerais. Este novo setor terá um
papel significativo na economia circular e na eficiência de utilização dos
recursos naturais, favorecendo a resiliência do setor agroalimentar e
contribuindo para a balança económica nacional e vantagem competitiva face ao
resto da Europa.
A criação de insetos é um processo
intensivo, e o controlo das condições de produção é central. As densidades de
insetos atingidas no processo e o impacto que estas têm sobre as condições
ambientais, respiração e consumo de substrato, levam a que as condições produtivas
se possam alterar rapidamente, podendo levar a quebras de produção e mesmo à
morte dos animais.
A criação de caixas de produção com sensores
que permitam controlar fatores chave como a temperatura, a humidade do ar e do
substrato, e presença de gases, é determinante para assegurar que são atingidos
níveis de produção mais elevados e favorecido o bem-estar animal.
O Produto-Caixa assumir-se-á
como uma efetiva solução dos problemas referenciados, com a exploração e
valorização das oportunidades (e efetivo valor acrescentado) a dois níveis:
i. Utilização/operacionalidade direta, do Produto-Caixa, numa vasta
série de sectores/processos/ambientes agrícolas-industriais já referenciados;
ii. Na capitalização, em “ato contínuo" (e
em subsequentes Projetos de I&DT), dos conceitos e soluções
técnicas-tecnológicas consideradas e integradas no Produto Caixa, nomeadamente:
- Design e engenharia
produto: reciclabilidade e durabilidade das soluções estruturais e matérias
primas plásticas propostas para os Produtos termoplásticos de utilização nas
cadeias agrícolas.
- Novas variáveis e campos
de sensorização, via aplicação de outras tecnologias de
sensorização/digitalização/comunicação, em novos produtos-caixa.
- Função Tecnológica (configurada em aplicação de SW):
novas e melhores rotinas de decisão (update
dos níveis de inteligência do CAIXA 4.0).
Breve resumo da iniciativa a desenvolver
Com o objetivo de otimizar
a produção e a gestão agrícola nas suas diferentes etapas e processos, a agricultura 4.0 pretende aplicar um
conjunto de tecnologias de ponta que, pela sua inovação tecnológica, conferem
maior agilidade, autonomia, conectividade e integração dos processos produtivos
e de gestão. Estas tecnologias geram um conjunto de dados que permitem uma
produção em larga escala, otimizada, com qualidade e segurança. Assim, a digitalização e a aplicação de
tecnologias e equipamentos específicos contribuem para o desenvolvimento de uma
agricultura de precisão, que
responde às necessidades dos stakeholders
envolvidos, fazendo face aos desafios atuais e futuros.
A iniciativa CAIXA 4.0 tem como objetivo o desenvolvimento de um Produto-Caixa (fabrico de Caixas
Protótipo funcionais), de dimensões a definir, e que em termos físicos será uma
caixa/recipiente com tampa intermutável, tipicamente no formato já disponível
em diversas aplicações agrícolas. Este Produto-Caixa integrará as seguintes funcionalidades:
i. Identificação, seleção e implementação de um
conjunto de sensores NIR de medição de temperatura, humidade, gordura,
proteína, oxigénio, gases (e.g. etileno, CO2, amoníaco), e outros
parâmetros, de acordo com os constrangimentos de dimensão, energia e
manipulação - Caixa Sensorizada.
ii. Componente de
comunicação, do histórico de leituras dos sensores, por intermédio de Wi-Fi,
Bluetooth ou outro protocolo wireless,
a uma plataforma on-line de apoio,
que permitirá a supervisão da condição do produto durante as várias fases da
produção, do acondicionamento, transporte, armazenamento, etc. (ver matriz de
aplicabilidade abaixo), tornando efetivamente o produto Caixa 4.0 num
dispositivo IoT (Internet of Things).
iii. Algoritmo de apoio à decisão, i.e., o desenvolvimento de rotinas
matemáticas-estatísticas-informáticas que possam, em razão da
informação/sensorização rececionada, estabelecer um conjunto de outputs de
decisão, relativamente à previsão de tempo de vida útil do produto (e.g.
evolução da maturação e qualidade dos hortofrutícolas) ou relativamente às
condições de produção (e.g. condições ambientais no substrato de produção de
insetos).
O desenvolvimento do
Produto Caixa será, também, suportado nos seguintes pressupostos:
i. Design e engenharia de
Produto orientada para a sustentabilidade
ambiental, onde serão introduzidos conceitos tecnológicos como as
bio-matérias primas, os materiais reciclados, a durabilidade do Produto e a
estruturação/otimização;
ii. Rastreabilidade e Automação – Através de uma comunicação manual (QR Code) e/ou automatizada (RFID), a
identificação de cada caixa permitirá conhecer de forma imediata todo o
histórico de condição, acondicionamento e manipulação, dos produtos/espécies em
causa (i.e. utilizados no seu interior).
Pretende-se que o corrente
Produto Caixa se consubstancie, em fase de operação em ambiente
agrícola/empresarial, na seguinte Matriz de Aplicabilidade (e suas
interações/combinações):
Aplicações na Cadeia de
Produção:
Processos Produtivos
Armazenamento e Logística
Controlo de Qualidade
I&D Investigação
Laboratorial
Sectores
Agrícolas-Industriais:
Hortícolas
Produção de Insetos
Agropecuária
Condições de
Aplicabilidade:
Condições
climáticas/Intempérie
Rastreabilidade
Produção seres vivos
(Insetos, outros)
Esforços Estruturais
Câmaras Frigoríficas
Estanquicidade
O Produto-Caixa 4.0, no âmbito dos desenvolvimentos
tecnológicos-digitais propostos, apresentará dois outputs estratégicos a relevar:
i. Função Tecnológica: A caracterização de um conjunto de variáveis
relativas a um conjunto de processos agrícolas e de produção, suas interações
(causa-efeito), como temperatura, humidade, gases, entre outras, que permitirão
aferir das condições de durabilidade e produção;
ii. Prazos de Validade: Convergência dos desenvolvimentos no sentido da
melhor otimização/prolongamento dos prazos de validade dos produtos hortícolas,
bem como o seu estado de maturação, em comparação com a estandardização em
vigor.
Áreas de Trabalho e responsabilidades de cada parceiro
A iniciativa Caixa 4.0
conta com um consórcio multidisciplinar
organizado por forma a cobrir as diferentes áreas do saber necessárias à realização dos objetivos
estabelecidos. Assim, este consórcio inclui os seguintes parceiros
(referindo-se as suas áreas de trabalho e responsabilidades no contexto desta
iniciativa):
EGAS MONIZ - Cooperativa de Ensino Superior: Coordenação e gestão
da iniciativa. Validação das variáveis a sensorizar e a sua aplicabilidade para
a realização dos objetivos definidos. Validação científica dos conceitos
abordados e que sustentam esta iniciativa, e dos resultados obtidos.
Disseminação e comunicação dos resultados.
DAMÁSIO: Design e engenharia do Produto Caixa com recurso a
sistemas de engenharia CAD/CAE disponíveis na empresa. Fabricação dos
modelos/protótipos e pré-series em matéria-prima final (termoplásticos ou
similar) de suporte aos casos de estudo. Integração nos modelos/protótipos do
hardware de sensorização (hardware
este da responsabilidade da DNC Técnica);
DNC TÉCNICA: Desenvolvimento de arquitetura da sensorização e
materialização do hardware respetivo para integração nas caixas/modelos
protótipo. Compilação, sistematização, dos elementos técnicos disponíveis e dos
elementos técnicos a desenvolver/validar no projeto, para definição subjacente
de função tecnológica. Informatização da função tecnológica em linguagem.
THE CRICKET FARMING CO: Colaboração na definição dos requisitos
iniciais do projeto e do plano de ensaios do protótipo, na vertente do setor
dos insetos. Validações intermédias. Ensaios do protótipo e validação final.
NUTRIX: Colaboração na definição dos requisitos iniciais do projeto
e do plano de ensaios do protótipo, na vertente da fruticultura (framboesas).
Validações intermédias. Ensaios do protótipo e validação final.
THUNDERFOODS: A Thunder Foods irá testar o produto-caixa na
produção industrial de Tenenbrio molitor, contribuindo para definir os
requisitos ideais em termos de monitorização e de apoio à tomada de decisão. A
empresa irá ainda participar em validações intermédias, ensaios do protótipo e
validação final, aplicando a caixa em produção.
COTHN: Identificação dos parâmetros mais importantes para a
monitorização no âmbito dos produtos hortofrutícolas, e que são determinantes
para o aumento da vida útil dos produtos e na classificação da qualidade dos
produtos orientados para o consumidor. Apoio na discussão e validação dos
resultados e colaboração na dinamização das iniciativas de disseminação e
comunicação dos resultados junto do sector hortofrutícola nacional.
AGROMAIS: Colaboração na Identificação dos parâmetros mais
importantes no âmbito dos produtos hortícolas, apoio na discussão, incorporação
e testagem, acompanhamento e validação de resultados nos produtos
comercializados e noutros de associados integrados. Disseminação dos resultados
e dinamização de iniciativas locais tendo em vista a generalização da
iniciativa.
AGROTEJO: Apoio na discussão das tarefas, apoio logístico no
acompanhamento e validação dos resultados, divulgação e promoção dos resultados
da iniciativa junto da comunidade agricola, HortoIndustrial e sociedade em
geral. Co-Organização de iniciativas de reflexão, promoção e divulgação de
resultados.
PATRICIA ISABEL PICTON
SANTOS: Apoio na definição de requisitos. Ações de teste e validação dos
protótipos em cenários de utilização real.
INIAV: Validação de
medições e avaliações obtidas pelos utilizadores finais; Elaboração de ensaios
comparativos; Coordenação de ações conjuntas em contexto produtivo; Divulgação
dos resultados.
COOPALCOBAÇA: Apoio e
acompanhamento dos produtores frutícolas (particularmente pera e maçã) nas
ações de teste, em contexto produtivo e contexto de venda de produtos frescos
ao público.
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