«تغليف ذكي» للأغذية القابلة للتلف

يراقب درجات الحرارة والرطوبة ومسببات الأمراض

صمم الفريق إطاراً على شكل قرص العسل مصنوع من الورق المقوى لتخزين المواد الغذائية (نانو إنترجي)
صمم الفريق إطاراً على شكل قرص العسل مصنوع من الورق المقوى لتخزين المواد الغذائية (نانو إنترجي)
TT

«تغليف ذكي» للأغذية القابلة للتلف

صمم الفريق إطاراً على شكل قرص العسل مصنوع من الورق المقوى لتخزين المواد الغذائية (نانو إنترجي)
صمم الفريق إطاراً على شكل قرص العسل مصنوع من الورق المقوى لتخزين المواد الغذائية (نانو إنترجي)

قد يحدث تلوث الأغذية في أي مرحلة من مراحل الإنتاج، في أثناء الزراعة أو التعبئة أو النقل من المزرعة إلى مائدة المستهلك، وقد يسبب استهلاك الأطعمة الملوثة بالبكتيريا والفيروسات أكثر من 200 مرض تبدأ بالإسهال، وتصل إلى السرطان.

وما زالت أنظمة التغليف التقليدية غير كافية لتجنب هذه المخاطر، ما دفع فرقاً بحثية مختلفة إلى بذل جهود كبيرة لتحسين قدرات الاتصال في أنظمة التعبئة والتغليف، وتصميم أنظمة جديدة ذكية لضمان سلامة وأمن المنتج الغذائي، وتعزيز مدة صلاحيته.

في هذا الإطار، نجح فريق من الباحثين في جامعة «كيس ويسترن ريزيرف» الأميركية، في تطوير نظام جديد للتغليف قادر على مراقبة تقلبات درجات الحرارة والرطوبة ومسببات الأمراض في المنتجات الغذائية القابلة للتلف في أثناء عمليات النقل البعيدة. وقد يتيح هذا النهج الموفر للطاقة سلسلة توريد أكثر فاعلية، من حيث التكلفة للموزعين ومنتجي الأغذية، مع ضمان وجود أغذية تحتفظ بجودة أعلى للمستهلكين.

يقول تشانيونج تشيس كاو، الأستاذ المساعد في هندسة الكمبيوتر والأنظمة في جامعة كيس ويسترن ريزيرف، الذي قاد فريق البحث: «يهدف هذا العمل إلى تطوير نظام تعبئة ذكي أكثر استدامة، مع تفعيل أجهزة الاستشعار للكشف عن درجة الحرارة والرطوبة والبكتيريا الممرضة»، مشدداً على أنه «إذا سار الأمر بشكل جيد، فسيستفيد جميع الأطراف».

وأضاف لـ«الشرق الأوسط»: «نحو ثلث كميات الأغذية المنتجة للاستهلاك البشري تُفْقَد أو تُهْدَر - ما يقرب من 1.3 مليار طن من الأغذية كل عام - ويمكن أن يؤدي الحل الذي نقدمه إلى تقليل التلف بشكل كبير، وخفض التكاليف، وضمان سلامة الأغذية». ووفق البحث المنشور في مجلة «نانو إينرجي»، في 21 أغسطس (آب)، فإن السمة الرئيسية لهذا النظام هي تطوير جهاز صغير للمراقبة، يتألف من أجهزة استشعار مرنة، وجهاز تجميع الطاقة الذي يستخدم المجففات - حزم صغيرة من حبيبات هلام السيليكا توجد في العبوات لامتصاص الرطوبة - لتخزين الطاقة. ويمتاز هذا النظام بأنه يعمل بالطاقة الذاتية، حيث يجري توليد الطاقة من اهتزازات شاحنة توصيل الطعام نفسها. وتعمل الطاقة المتولدة عبر هذه الآلية على تشغيل نظام المراقبة في الوقت الفعلي، ما من شأنه أن يزود منتجي الأغذية وموظفي النقل ببيانات رقمية حول درجة الحرارة والرطوبة وظروف تلف الأغذية المعبأة.

ولتحقيق ذلك، توصل كاو وفريقه إلى تطوير ما أطلقوا عليه، «المولد النانوي الكهربائي» D-TENG، ومهمته تمديد وقت خدمة نظام الاستشعار. والمولد النانوي الكهربائي هو جهاز لجمع الطاقة يحول الطاقة الميكانيكية جراء عمليات الاحتكاك في أثناء سير ناقلات الغذاء إلى كهرباء.

كما صمم الفريق إطاراً على شكل قرص عسل مصنوع من الورق المقوى لتخزين المواد الغذائية، التي تُستخدم أيضاً لتوليد الكهرباء من حركتها داخل هذا الإطار. يقول كاو: «نقوم بتصنيع صندوق التغليف لتجميع طاقة الاهتزاز وتوليد الكهرباء وتشغيل أجهزة الاستشعار بشكل مستمر للعمل فترة طويلة، وتجنب فقدان الطاقة والبيانات»، مؤكداً أنها «تقنية رخيصة وسهلة». وأضاف في حين أن بعض شركات النقل الحديثة تستخدم أجهزة استشعار لتسجيل درجة الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون، فإن البطاريات التقليدية اللازمة لتشغيل تلك الأنظمة مكلفة وثقيلة، وقد تكون ملوثة للبيئة. وأوضح أن الكثير من هذه الأنظمة لا توفر بيانات في الوقت الفعلي للكشف عن تلف الطعام في الحال؛ إذ لا تستطيع الأنظمة المحمولة الصغيرة الحالية استكشاف الظروف البيئية إلا خلال فترة زمنية محدودة للغاية.



علماء يرصدون أخيراً ثقباً أسود ذا «كتلة متوسطة»

أدلة على وجود ثقوب سوداء ذات كتلة متوسّطة في «أوميغا سنتوري» وهو أكبر تجمّع نجمي في درب التبانة (أ.ف.ب)
أدلة على وجود ثقوب سوداء ذات كتلة متوسّطة في «أوميغا سنتوري» وهو أكبر تجمّع نجمي في درب التبانة (أ.ف.ب)
TT

علماء يرصدون أخيراً ثقباً أسود ذا «كتلة متوسطة»

أدلة على وجود ثقوب سوداء ذات كتلة متوسّطة في «أوميغا سنتوري» وهو أكبر تجمّع نجمي في درب التبانة (أ.ف.ب)
أدلة على وجود ثقوب سوداء ذات كتلة متوسّطة في «أوميغا سنتوري» وهو أكبر تجمّع نجمي في درب التبانة (أ.ف.ب)

أعلن علماء فلك، أمس (الأربعاء)، أنّهم عثروا على أفضل دليل على وجود ثقوب سوداء ذات «كتلة متوسّطة» في أوميغا سنتوري، وهو أكبر تجمّع نجمي في درب التبانة، يبعد نحو 18 ألف سنة ضوئية من الأرض.

والكون غني بالثقوب السوداء التي يتميّز بعضها بكتلة ضخمة جداً ويقع وسط المجرات، فيما أخرى كتلتها خفيفة نشأت عقب تفكك نجم، لكنّ البحث عن ثقوب ذات «كتل متوسّطة» لم ينجح حتى اليوم.

وفي حديث إلى وكالة الصحافة الفرنسية، قال ماكسيميليان هابرلي، وهو طالب دكتوراه في معهد ماكس بلانك الألماني لعلم الفلك، إنّهم لاحظوا «شيئاً مثيراً للاهتمام» في وسط أوميغا سنتوري، الذي يضم نحو 10 ملايين نجم.

وكانت 7 نجوم تتحرك بسرعة كبيرة جداً مقارنة بأخرى، وهو ما كان يُفترض أن يُخرجها من التجمّع النجمي. لكن يبدو أنّها بقيت فيه بفضل جاذبية جسم كتلته ضخمة، لدرجة أنه كان غير مرئي.

مساحة كبيرة جداً

مكّنت حسابات تحاكي حركة النجوم السبعة من التوصّل إلى أنّ ثقباً أسود يقع وسط أوميغا سنتوري يتميّز بكتلة أكبر من تلك الخاصة بالشمس بـ8200 مرة.

ويناسب هذا الحجم بالضبط الثقوب السوداء المتوسطة. وتصل كتلة ما يسمى بالثقب الأسود النجمي إلى حجم يتخطى كتلة الشمس بـ150 مرة، بينما تتجاوز كتلة الثقب الأسود الضخم الكتلة الشمسية بـ100 ألف مرة. فعلى سبيل المثال، تزيد كتلة الرامي «A*» الموجود في وسط مجرة درب التبانة عن كتلة الشمس بـ4 مرات.

وأشار المعدّ الرئيسي للدراسة المنشورة في مجلة «نيتشر»، ماكسيميليان هابرلي، إلى أنّ هذه النتيجة تشير إلى وجود «مساحة كبيرة جداً» بين هذين النقيضين للثقوب السوداء المتوسطة، في ظل وجود عدد قليل جداً من الثقوب السوداء لتمثيلهما.

ومن المستحيل رصد الثقوب السوداء إلا بشكل غير مباشر، فحتى الضوء لا يمكنه تفادي قوة جاذبيتها. أما الثقوب «المتوسطة» فتتسم بسرّية أكبر لأنّها تمتص كمية قليلة من المادة المحيطة وينبعث منها تالياً ضوء أقل في تلك اللحظة.

وأمل هابرلي أن يضع هذا الاكتشاف نهاية لعقدين من الخلافات بين علماء الفلك بشأن ما إذا كان أوميغا سنتوري يضمّ ثقباً أسود متوسطاً.

ودرس الفريق بيانات من 20 عاماً تضمّ عمليات رصد لتلسكوب هابل، بهدف تحديد حركة 1.4 مليون نجم في أوميغا سنتوري. واستبعدوا الفرضيات التي تتحدّث عن ثقوب سوداء نجمية متعددة أو أنظمة نجمية ثنائية، بحسب هابرلي.

وأوضح أنّ تأكيداً نهائياً لوجود ثقب أسود متوسط يتطلب مراقبة مباشرة لحركة النجوم التي تدور حوله، الأمر الذي يستغرق مئات السنين.

دليل أفضل

قال عدد كبير من علماء الفلك الذين لم يشاركوا في الدراسة إنّ نتائج البحث الجديد هي أفضل دليل على وجود ثقوب سوداء متوسطة يتم التوصل إليه حتى اليوم.

وقالت عالمة الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون، جيني غرين، عبر وكالة الصحافة الفرنسية: «إنّ هذه النتيجة تفتح الباب لمعرفة مدى شيوع مثل هذه الثقوب السوداء».

ويُفترض أن تتيح دراسة هذه الأجسام الغريبة فهم كيفية اكتساب الثقوب السوداء لكتلتها. وتشير إحدى النظريات إلى أنّ الثقوب السوداء تندمج معاً.

لكنّ هذه النظرية لا تفسّر ما اكتشفه تلسكوب جيمس ويب الفضائي من ثقوب سوداء هائلة حدثت بعد بضع مئات الملايين من السنين فقط من الانفجار الكبير، في العصور المبكرة للكون.

فالثقوب السوداء النجمية لم يُتَح لها الوقت الكافي للاندماج بأعداد كبيرة وتوليد هذه الكتل الكبيرة.

ويعلّق علماء الفلك كل آمالهم على الإطلاق المرتقب عام 2028 لـ«إيه أل تي» (Extremely large telescope)، وهو أكبر تلسكوب في العالم، لمحاولة اكتشاف مزيد عن الثقوب السوداء المتوسطة والضخمة.