Vanguardia Tecnológica

Ver novedades

El etiquetado inteligente conquista el mercado

Léalo en 15 - 20 minutos
Léalo en 15 - 20 minutos

Es muy normal ver en los establecimientos comerciales la estantería refrigerada que reza “sírvase Vd. mismo”, en donde el cliente escoge, basado en las apariencias del envase. Es una barrera que protege al alimento frente a cambios inadmisibles, principalmente de temperatura. Según la calidad del envase será de atmósfera modificada, sin oxígeno, baja humedad, libre de bacterias, etc.
Es indispensable la indicación tiempo-temperatura, y hay varias formas de lograr ese sensor, por medio de aleación metalúrgica, reacciones químicas de cambio de color, o el recurso a la electrónica impresa: RFID. La calidad del envase alarga la vida del alimento, pero este es otro tema.
El huevo también es un magnífico envase, que no reacciona con la clara, los hay de atmósfera modificada, con gas nitrógeno, que evitan el oxígeno y la humedad, pero no estabilizan la temperatura de la cadena del frío.
Desde siempre es bien conocido que los metales o sus aleaciones tienen una resistencia eléctrica variable en función de la temperatura ambiente. En el frigorífico esa resistencia metálica convierte la temperatura del frigorífico en una señal eléctrica, para la gráfica tiempo-temperatura, que vigila el alimento.  
Crear una etiqueta que el cliente lee sin problemas, indica la temperatura con precisión, económica en comparación con el valor del alimento, inócua en contacto con el producto. Sin duda, la etiqueta inteligente alarga la vida del producto, es un coste adicional, pero ofrece al empresario una ventaja de competitividad, puede asumir el aumento de coste. Ese criterio no valdrá para alimentos de bajo coste, más resistentes, de mayor vida útil, como las verduras.
Habrá pues varias clases de etiquetas, unas más inteligentes que otras. La solución no es sencilla, porque hay muchos factores. Una etiqueta en un palé, lote de carnes, que además hay que devolver, con su etiqueta, no crea problemas económicos al restaurante que ha comprado el palé de pescados o carne.
Necesitamos una etiqueta que convierta los cambios del alimento en una señal óptica, el envase activo o smart pack. Para alimentos diferentes, las etiquetas y las señales de luz serán diferentes, fáciles de interpretar, un abanico de soluciones para lograr la trazabilidad de las alteraciones, causadas por el tiempo-temperatura.

 

La filosofía de la calidad
Identificar el alimento, su configuración química, es secundario. La Naturaleza ofrece muchos medios para obtener una señal luminosa. Descartemos la partícula alfa, los rayos cósmicos y las señales luminosas de la desintegración nuclear, la radioluminiscencia. Igualmente la combustión-incandescencia, temperaturas elevadas. El fósforo blanco arde en el aire, se oxida, un indicador rápido del aumento de temperatura, pero no nos sirve.
  La luz fría nos interesa. Hay 3 modos diferentes:
(1) El cambio térmico dispara una reacción química, a temperatura ambiente, que se traduce en un cambio de color. El sensor se pondrá azul, cuando hace frío, y rojizo, cuando aumenta la temperatura.
(2) Otras veces el cambio luminoso lo causa la radiación electromagnética ultravioleta, fuera del espectro visible, que ilumina la tarjeta inteligente.
(3) Hay que añadir otro modo: el de la luciérnaga, la bioluminiscencia de la luciferasa, aislada en 1947. Las neuronas de su cerebro envían unos estímulos, con la ayuda de una enzima, excitan los electrones, y emiten luz. De día no tendría sentido, pero de noche la luz aporta ventajas a la luciérnaga. Un fotodetector convierte los fotones en señal eléctrica, un impulso.
En estos casos, el electrón de órbita baja es excitado por la señal de luz ultravioleta, asciende de órbita, y emite en una longitud de onda más corta, más energética, visible. A continuación el electrón regresa a su estado fundamental, no excitado. Nada nuevo, porque en 1877 R. Zenski descubrió los compuestos luminiscentes. Tal vez el más conocido es el luminol (1928), se oxida con agua oxigenada en un medio alcalino y en presencia de un catalizador, emite luz. El éster de acridina (1978) también emite luz, pero sin necesidad de catalizador.
Las etiquetas OnVu, de CIBA-BASF (2008), pertenecen al modo (2). Son un indicador tiempo-temperatura. Lo que llamamos Termometría del Fósforo. El alimento y su etiqueta  en el frigorífico de la empresa, a -18º C, son iluminados con ultravioleta, la etiqueta se vuelve azul. Con el paso de las horas y días, ya en casa del consumidor, se altera la cadena del frío, la temperatura ya no es de –18º C, aumenta, y la etiqueta cambia hacia el color ámbar. Indica la fecha de caducidad, desapareció del grado de frescor. Hay que consumir el alimento inmediatamente, o tirarlo. Para carnes o pescados es de sentido común. Por fósforos entendemos un grupo de moléculas sensibles a la temperatura, que cambian de color, óxidos de Lantano, Gadolinio, Ytrio, etc. Cada compuesto responde a su manera, y debemos elegir el más adaptado a nuestro problema de trazabilidad alimentaria, con una experiencia de escasamente 10 años.


La etiqueta física-química
La etiqueta contiene una tinta inteligente que cambia de color de forma irreversible, debido a elevaciones de la temperatura  ambiente. En la etiqueta observamos dos colores: uno de referencia invariable, y el otro es cambiante. Advertimos la diferencia inmediatamente, para tomar nuestra decisión. Hay etiquetas, las de Cox Technology, que usan las aminas volátiles para cambiar de color. Nada de electrónica ni informática. Una mecha atraviesa la película del envase, y permite la salida de las aminas volátiles, producidas por el metabolismo del alimento degradado. Las aminas cambian el color de la etiqueta.
Ya sabíamos que un papel pintado, expuesto a la luz solar, se va decolorando. Hay fósforos muy sensibles a la luz y a la temperatura que cambian de color, y hay además otras moléculas muy sensibles a la temperatura, que nos sirven como termómetro irreversible. Las pantallas de TV, teléfonos portátiles y ordenadores tienen 3 fósforos, o leds, en cada pixel: rojo, verde y azul, los colores primarios. Obviamente, el color blanco se forma con los 3 primarios, subpíxeles, a su máximo nivel, 8 bits cada uno. En un momento dado, la longitud de onda de la radiación excita a uno solo de los tres fósforos. En la retina tenemos bastones y conos. Los bastones son sensibles a la baja luminosidad, y nos permiten la visión en blanco y negro. El color lo vemos con los conos. El retraso de la fosforescencia permite al ojo sumar, síntesis aditiva, y mezclar colores de los 3 fósforos.
Fosforescencia es el fenómeno  de algunas substancias que  absorben  radiación electromagnética, y la almacenan, para emitirla posteriormente en forma de luz visible, en una longitud de onda mayor. Una actividad de excitación-relajación. La energía del fotón absorbido y emitido es proporcional a la constante de Planck y a la frecuencia de la luz. El mineral willemita exhibe una fosforescencia de color  verde, debido a la presencia de  arsénico en su estructura. En la fosforescencia la substancia continúa emitiendo luz, aun después del corte del estímulo que la provoca, un retraso que puede durar incluso muchas horas después: la pintura de  las manecillas de un reloj, que brillan en la oscuridad. En los monitores de TV durante el barrido de la pantalla de una frecuencia de 50/seg. El material fosforescente permite la persistencia de la imagen entre barridos sucesivos. Los leds y los fósforos rojo, verde  y azul forman el pixel de la pantalla.
También fluorescencia  es casi lo mismo que fosforescencia: la molécula absorbe un fotón de alta energía, y emite un fotón de baja energía. La diferencia entre absorción y emisión  es disipada como calor, vibraciones moleculares. Pero el proceso  es muy corto, millonésimas de segundo, en cambio en la fosforescencia este proceso es largo. El mineral se llama fluorita. El común tubo fluorescente contiene una pequeña cantidad de mercurio. La descarga eléctrica causa que el mercurio emita luz, pero ultravioleta. El tubo está revestido  de  fósforo, un material que reemite con luz visible, de menor longitud de onda. Esta luz fría es mucho más eficiente que la del alumbrado convencional  incandescente. También hay líquidos orgánicos, mezcla de antraceno en benceno o tolueno, que iluminados con UV emiten luz visible.

 

Las etiquetas RFID
Las tags representan lo mejor del envase inteligente. De hecho Itene, el Instituto Español de Envase y Embalaje, las está estudiando para ampliar su uso. Actualmente en el sector industrial de alimentación, entre empresas ya se usan, y económicamente compensa su utilización. Pero el consumidor familiar no las encontrará en el súper, será una excepción, su precio lo impide. La RFID, Identificación por Radio Frecuencia, ya indica su finalidad: describir el producto y sus propiedades y su número de código, para proteger al consumidor.
Las etiquetas RFID son una consecuencia de la Ley de Moore. Fue el fundador de Intel, y en 1965 publicó su Ley: el número de transistores que se pueden colocar cómodamente en un circuito integrado (CI) se duplica cada dos años. Esta ley de crecimiento exponencial se está cumpliendo desde hace 50 años. La consecuencia ha sido la reducción asombrosa de volumen. Un CI que antes ocupaba una caja, ahora es menor que una uña.
La Alimentación es un sector más de las RFID, también se usan al comprar un bolso, o un billete de avión. ¿Cómo queda el código de barras, que se lee con infrarrojos? Hay diversidad de opiniones. Algunos creen que el código de barras continuará, y la RFID, con su precio, es solo un complemento. Otros advierten que el interrogador-lector de la RFID puede leer las características de un producto, aunque estén escondidas tras el envoltorio.
El interrogador puede estar en el casco de un operario, o en un coche. En un aeropuerto es muy rápido hacer lista de todos los equipajes, si éstos llevan la etiqueta RFID. Al llenar el carro de la compra, e ir a la cajera, no hace falta sacar los productos. Si llevan la RFID la cajera tiene toda la información, mientras que el código de barras hay que leerlo uno a uno, si está visible.

En 1939 apareció una tecnología parecida, el transpondedor IFF, para identificar en plena guerra, si el avión a la vista era amigo o enemigo. En 1948 apareció el trabajo “Comunicación por medio de la energía reflejada”, de H. Sotckmann, que trata de la tag pasiva. La RFID dispone de un circuito integrado, una memoria y una antena. El circuito integrado almacena y procesa la información, modula y desmodula la frecuencia. La antena es receptora-transmisora de la señal.

 

Numerosas posibilidades
Las etiquetas RFID son activas, pasivas y semiactivas. Las más económicas, las pasivas, no tienen batería. Se logra inyectar  energía en el chip, al iluminar la RFID con una radiación electromagnética. El chip absorbe esa energía reflejada, y comienza su trabajo, sin batería. Algo admirable en el siglo XXI. Ya se entiende que los watios absorbidos son pocos, y el chip regresará a su reposo. Para muchas aplicaciones esos segundos de funcionamiento son suficientes. Los datos se escriben en la memoria del tag, codificados, luego, para usarlos se descodifican. Esa memoria se activa, cuando un lector se encuentra cerca, y le suministra la energía reflejada indispensable.
El sensor, o sensores, que vigilan al alimento suministran unas señales eléctricas, incluso sin cable, que el chip de la RFID procesa, y envía a la antena, hacia el Centro de Control. El sensor, por ejemplo  un termómetro, no forma parte de la RFID. El microchip capta la información de los sensores, e informa del estado del producto, como el grado de humedad, o la temperatura, y emite una alarma al superarse o descender los valores umbral programados. Las señales de información de la tag son muy débiles, y el lector ha de poder distinguirlas sobre el ruido radioeléctrico del entorno.
La RFID es electrónica impresa, unida a un sustrato flexible, por ejemplo poliéster, integrado en el envase. Las posibilidades de la RFID son muy superiores a las de la tarjeta convencional del envase. Se pueden leer 100 o 1.000 tarjetas RFID a la vez. El empresario lo tiene presente. Como la caja de plástico la devolverá, y con ella la tarjeta RFID, el coste no tiene importancia. Es una RFID reutilizable. Es preferible la RFID activa, con batería.
El tag pasivo es el más económico, sin batería. La energía que recibe del lector es suficiente para que opere el circuito integrado CMOS, y emita una respuesta. La distancia de lectura en el tag pasivo oscila entre los 10 cm y unos 6 metros, según la frecuencia de funcionamiento y el tamaño de la antena. Son muy pequeños, y pueden incluirse en una pegatina. En 2006 Hitachi desarrolló un tag pasivo de solo 0.15 x 0.15 mm sin antena, más delgado que una hoja de papel. Tiene una distancia máxima de lectura de 30 cm. El principal inconveniente es que la antena debe ser unas 80 veces mayor que el chip. Ahora con el grafeno se podrán fabricar tags pasivos de menor tamaño.
En el año 2005 Philips presentó un tag pasivo que funciona en 13.56 MHz, y que al parecer, en una imprenta se puede imprimir sobre papel, como una revista. Es la alternativa al actual código de barras. En 2010 hubo un incremento de uso de tags pasivos en UHF, debido a la disminución de precio.
El tag activo tiene muchas más posibilidades, para informar sobre el producto, su precio también es 10 veces el de un tag pasivo, entre 30 y 90 euros. Como emiten señales más potentes, se pueden leer desde una distancia de centenares de metros. Su capacidad de almacenamiento también es mayor. Su batería, de litio, o dióxido de manganeso, es de 3 V. El tamaño es el de una moneda. Su frecuencia es de 2.4 GHz, con onda de unos 12.5 cms. Para el tag activo hay baterías de papel, formadas por láminas finas de compuestos incrustados en papel. La energía eléctrica se logra con reacciones oxidación-reducción, con voltaje nominal en los bornes de 1.5 V, y corrientes de 1.5 mA/h.
El tag semipasivo se parece al activo en que tiene batería, pero solo para el chip. Para transmitir la señal necesita como el tag pasivo ser iluminado por un lector, y recibir así energía reflejada. Es más económico que el tag activo. Para antena sirve recurrir a la inducción electromagnética, que la antena tenga suficientes espiras, alrededor de un núcleo de ferrita. Si el chip usa la alta frecuencia, 13.56 MHz, se usa como antena una espiral plana de 5-7 vueltas. Se puede leer desde unos 40 cm. La antena se imprime con tintas conductoras y dieléctricas.
Como el consumidor exigirá más y más trazabilidad, la historia tiempo-temperatura del alimento, el envase inteligente en sus diversas formas tiene un uso asegurado.

Publicado en la revista Tecnifood núm.77 (septiembre/octubre 2011)

Mostrar comentarios (No hay comentarios)

Deja un comentario

Noticias relacionadas