تقنية المسح بأشعة "التيراهيرتز" لتسهيل إعادة تدوير العبوات البلاستيكية
© Sputnik . Yuri Streletc
تابعنا عبر
أعاد باحثون في اليابان تصميم عبوات الطعام البلاستيكية بحيث تتمكن أنظمة الاستشعار التي تعمل بأشعة "التيراهيرتز" (terahertz) من تحديد نوع المادة المصنوعة منها بدقة وموثوقية أكبر بعد التخلص منها، وذلك دون المساس بمزايا الراحة أو المتانة أو المظهر الجمالي التي يتوقعها المستهلكون.
عادةً ما يتم تصميم العبوات البلاستيكية مع التركيز على المظهر وسهولة الاستخدام والتكلفة، بينما لا يحظى مصيرها بعد التخلص منها باهتمام مماثل. ومع ذلك، تعتمد عملية إعادة التدوير الفعالة على الفرز الصحيح لأنواع البلاستيك المختلفة، وثمة مواد قد يصعب التمييز بينها بشكل مفاجئ؛ فعلى سبيل المثال، قد تبدو مادة "البولي إيثيلين تيريفثاليت" (PET) الشفافة ومادة "البوليسترين" متشابهتين للغاية.
وقد استكشف فريق بحثي -بقيادة جونيا يوشيهارا من معهد شيباورا للتكنولوجيا (SIT) في اليابان- حلاً مختلفاً: فبدلاً من محاولة تكييف معدات إعادة التدوير لتلائم كل شكل محتمل للعبوات، لماذا لا يتم تصميم العبوة نفسها بطريقة تسهّل على الآلات التعرف عليها؟
تصميم العبوات بما يراعي مرحلة إعادة التدوير
استخدم الباحثون تقنية الاستشعار بأشعة "التيراهيرتز" (THz)، وهي تقنية تعتمد على تمرير إشعاعات التيراهيرتز عبر الجسم وتحليل الإشارة الناتجة للمساعدة في تحديد نوع المادة المكونة له.
وقد ركز الباحثون في دراستهم على العبوات الشفافة المستخدمة لتقديم معكرونة "السوبا" (soba noodles)، والجدير بالذكر أن هدفهم لم يكن مجرد إنتاج عبوة يسهل على أجهزة الاستشعار قراءتها، بل كان عليهم أيضاً ضمان بقاء التصميم عملياً ومناسباً للمستهلكين ولعمليات النقل والاستخدام الغذائي.
اختبر الفريق نظام التعرف الخاص بهم لأول مرة من خلال تجربة لجمع العبوات بمشاركة المجتمع المحلي في اليابان؛ حيث قام الأفراد بإحضار عبوات طعام شفافة ونظيفة إلى موقع مخصص للجمع ومزود بنظام آلي للتعرف على المواد. ومن بين 383 عينة تم جمعها، أمكن تحديد نوع معظمها بشكل صحيح.
كما كشفت التجربة عن مشكلة مهمة، وهي أن شكل العبوة وبنية سطحها يؤثران على إشارة التيراهيرتز؛ إذ يمكن للمناطق البارزة والمنحدرات والحزوز وغيرها من عدم الانتظام في السطح أن تجعل القياسات أقل اتساقاً،ونظراً لأن نموذج التعرف ظل ثابتاً ولم تتم إعادة تدريبه أثناء عملية الجمع، فقد وفرت التجربة أيضاً اختباراً واقعياً ومفيداً لمدى كفاءة النظام عند عمله خارج ظروف التطوير الأولية.
تعديل بسيط في التصميم يجعل عملية الاستشعار أكثر موثوقية
أظهرت تجارب لاحقة أن توفير مساحة مسطحة ومستقرة في وسط العبوة يخلق منطقة أكثر اتساقاً لإجراء قياسات التيراهيرتز.
وبناءً على هذه النتائج، طوّر الباحثون أربعة نماذج أولية لعبوات معكرونة السوبا،وقد حقق أحد التصاميم أفضل توازن بين دقة التعرف وملاءمة الاستخدام اليومي؛ حيث جمع بين نمط مثلثي مألوف في قاعدة العبوة وبين منطقة مركزية مسطحة مخصصة لعملية الاستشعار. ظلت أجزاء أخرى من السطح غير مستوية للمساعدة في منع تشرب المعكرونة للسوائل (وتجنب تحولها إلى قوام طري أو "معجن").
كما تضمنت العبوة مساحات مخصصة للتوابل والصلصة، مع مراعاة شكلها لضمان سهولة الإمساك بها ووضعها في الوضعية المناسبة أثناء عملية إعادة التدوير، وقد حظي التصميم النهائي بتقييمات إيجابية بفضل خصائص شملت المتانة، وسهولة التعامل، والمظهر العام. والأهم من ذلك، أنه حافظ على استقرار نقل موجات "التيراهيرتز" مع استمرار أدائه لوظيفته كعبوة طعام عادية.
جعل قابلية إعادة التدوير جزءاً من تصميم المنتج
تتمثل الفكرة الأوسع في مبدأ بسيط: يمكن تصميم المنتجات منذ البداية مع وضع عملية الفرز الآلي في الاعتبار.
فبدلاً من التعامل مع إعادة التدوير باعتبارها مشكلة تظهر فقط بعد دخول المنتج في مسار النفايات، يمكن للمصنعين دمج مناطق محددة يسهل على أنظمة الاستشعار فحصها. ومن شأن ذلك أن يسهل تحديد هوية العبوات المستهلكة، مع الحفاظ في الوقت نفسه على الخصائص التي يتوقعها المستهلكون أثناء الاستخدام اليومي.
يجمع هذا البحث بين تقنيات استشعار التيراهيرتز، وتعلم الآلة، وتحليل الصور، وتصميم المنتجات. ويُعد المشروع حالياً نموذجاً تجريبياً لحالة محددة وليس حلاً شاملاً، إذ لا تزال هذه المقاربة بحاجة إلى الاختبار على أنواع أخرى من العبوات.
ومع ذلك، فإن هذا النهج يمثل تغييراً مفيداً في طريقة التعامل مع النفايات البلاستيكية؛ إذ قد لا تعتمد كفاءة إعادة التدوير على تحسين الآلات المستخدمة فحسب، بل أيضاً على تصميم المنتجات اليومية بطريقة تتيح لتلك الآلات التعرف على المواد المكونة لها.
