Robotica e automazione nel settore alimentare

I principali cambiamenti che stanno facendo prosperare la robotica nell’industria alimentare in questo momento includono: sviluppo delle normative alimentari; obbligo di digitalizzazione; focus su efficienza e sostenibilità; carenze di competenze nel mercato del lavoro; e modifica delle abitudini dei consumatori.

I robot alimentari, inoltre, eseguono processi di produzione complessi, come: l’imballaggio e il packaging, il prelievo e il posizionamento dei prodotti nei contenitori (ottimizzando gli spazi disponibili e minimizzando il danneggiamento delle confezioni tramite sensori), lo smistamento delle materie prime e l’etichettatura delle confezioni (ispezionando la merce e scartando quella non a norma, con l’uso, ad esempio di telecamere, testandone così la qualità).

I robot aiutano inoltre a eseguire attività di produzione ripetitive e noiose ad alta velocità in condizioni estreme come alte o basse temperature, e consentono di risparmiare spazio e tempo, ridurre i costi di produzione, migliorare la pulizia, la sicurezza e l’efficienza dei processi di produzione. In merito alla sicurezza è bene sottolineare che il 30% delle malattie sono di origine alimentare, secondo l’OMS.

Di conseguenza, i principali attori del settore alimentare e delle bevande in tutto il mondo stanno automatizzando i processi di produzione alimentare utilizzando la tecnologia robotica alimentare con alta precisione e resa. La pandemia di Covid 19 ha introdotto nuove richieste e abitudini di acquisto da parte dei consumatori: gli acquisti dettati dal panico durante il 2020, ad esempio, hanno mostrato quanto molte aziende fossero impreparate a rispondere rapidamente alle mutevoli richieste di prodotti. Molte più persone hanno anche iniziato ad acquistare online, il che ha rivelato le lacune nella logistica di diverse aziende.

Definizioni

Il termine “automazione” risale al 1946 e descrive l’impiego di mezzi automatici nell’industria dell’automobile, i termini invece “robot e robotica” nascono nel 1920 e derivano dal termine ceco “robota” (= lavoro forzato/pesante). Per automazione si intende una tecnologia capace di svolgere compiti abitualmente assolti dagli esseri umani al fine di facilitare i processi dei lavoratori, ottimizzandone le tempistiche.

L’automazione è una tecnologia che permette di facilitare e controllare la produzione da un punto di vista meccanico, computerizzato ed elettronico, e include ad esempio sensori online e sistemi flessibili ed assistiti da computer, aumentando in definitiva la produttività, la qualità e di conseguenza la redditività.

La robotica, invece, è una macchina in grado di portare a termine compiti fisici, programmata da un computer. Sia la robotica che l’automatismo permettono di alleviare il carico di operazioni pesanti e ripetitive sui lavoratori. I benefici negli specifici settori produttivi sono molteplici:

• la lavorazione della carne è facilitata nelle fasi di macellazione, taglio, disossamento, selezione e confezionamento;
• l’industria delle bevande impiega robot lungo i nastri trasportatori per il lavaggio e riempimento delle bottiglie;
• sistemi di telecamere gestiti da computer sono in grado di ispezionare e valutare la qualità di frutta e vegetali;
• le uova possono essere selezionate e monitorate con un sistema digitale così come le carcasse del pollame possono essere visionate in tempo reale da multi-camere in tempo reale;
• per i prodotti agricoli, la robotica è in grado di raccogliere informazioni all’interno di un database registrando anche l’eventuale presenza di tossine microbiche, pesticidi e valutare il grado di maturazione tramite sensori e identificare caratteristiche fisiche come forma e colore.

Situazione globale

La popolazione umana globale continuerà ad aumentare e si stima raggiungerà i 9,9 miliardi entro il 2050; ne consegue che la domanda di cibo è destinata a salire del 56%, senza dimenticare le sfide scaturite dai cambiamenti climatici che rendono più scarse risorse come l’acqua e la terra coltivabile.

Si registra, inoltre, una generalizzata mancanza di manodopera qualificata e a basso costo, dovuta anche all’epidemia di coronavirus (COVID-19): con l’attuazione del blocco completo in numerosi paesi, la maggior parte degli impianti di produzione di alimenti e bevande ha registrato una carenza di lavoratori.

Tutti questi fattori aumentano la necessità d’implementazione delle tecnologie robotiche in tutto il mondo: con l’integrazione dei big data e dell’intelligenza artificiale (AI), sono stati fatti enormi progressi che consentono una gestione rapida e delicata di prodotti alimentari deperibili ottimizzando la gestione della shelf-life e conseguentemente della logistica, riducendo gli sprechi e facilitando la distribuzione.

Le sfide dell’industria alimentare 4.0, la quarta rivoluzione alimentare

AI (intelligenza artificiale): è una tecnologia digitale emergente che simula la capacità di ragionamento umano, con l’impiego di computer, robot e strumenti digitali. L’importanza in ambito alimentare consiste nella capacità di svolgere compiti velocemente e in tempo reale (ad esempio preparazione di cibo e bevande, identificazione di potenziali rischi, selezione qualitativa dei prodotti etc..).

Inoltre, è doveroso ricordare che le applicazioni di AI avranno successo nel settore dell’agricoltura, dell’industria alimentare e della ristorazione solamente se le soluzioni adottate rispetteranno contemporaneamente tre requisiti e dovranno essere: affidabili dal punto di vista tecnico; praticabili a livello socioeconomico; socialmente ed eticamente accettabili. L’AI è uno strumento a nostra disposizione da utilizzare per: migliorare l’efficienza dell’agricoltura; ridurre l’impatto ambientale delle pratiche agricole e dell’industria alimentare e della ristorazione; garantire la resilienza strategica di questi settori a livello globale; gestione della catena della domanda e dell’offerta.

Le aziende alimentari sono sempre più focalizzate sulle norme di sicurezza alimentare e, pertanto, devono garantire la trasparenza delle modalità di viaggio degli alimenti nel sistema di filiera. In tal senso, l’IA viene utilizzata per monitorare ogni fase del processo, prevedere e monitorare l’intero iter dei prodotti, per esempio dove sono coltivati e dove i clienti li acquisiscono. Inoltre, i sistemi basati sull’AI permettono di effettuare la prenotazione del trasporto, la fatturazione e la gestione dell’inventario, evitando così l’acquisizione di un gran numero di prodotti alimentari non necessari e il deperimento delle derrate.

Smart sensors: l’evoluzione dei sensori (nano e bio-sensori) migliorerà il controllo degli impianti e del cibo. Un esempio riguarda la pulizia innovativa di macchinari dell’industria alimentare. Il Clean-in-place (CIP) è un metodo efficiente ed efficace per pulire le apparecchiature oltre ad utilizzare sensori a ultrasuoni e UV per ridurre il consumo di acqua. I sensori a ultrasuoni sono fissati all’esterno di tubi e di apparecchiature, mentre il sistema UV è installato nella parte superiore di un serbatoio e comprende lampade UV e una telecamera. Entrambe le tecnologie monitorano le incrostazioni su una superficie e addestrano modelli di AI per rilevare quando tutte le incrostazioni sono state eliminate.

Internet delle cose: consiste in un dialogo tra sensori e macchine, che consente il monitoraggio di processi e prodotti, gestendo una mole di dati capaci di facilitare le scelte industriali, migliorando anche la filiera di approvvigionamento.

Big data: sono enormi volumi di informazioni strutturate provenienti da varie fonti (sensori, strumenti tecnologici, applicazioni, siti web e social media etc..): la capacità della loro gestione consente di ottimizzare i tempi per lo sviluppo di nuovi prodotti, comparandoli con quelli già presenti sul mercato e di migliorare la tracciabilità e la trasparenza, interpretando le preferenze dei consumatori.

Aspetti negativi della robotica

Alla luce di quanto fino ad ora descritto e sostenuto dalla bibliografia, occorre prendere in considerazione anche il potenziale impatto negativo della tecnologia:

• elevati costi iniziali e riorganizzazione del lavoro (valutazione dell’impatto energetico);
• possibile rischio di disoccupazione, riguardante in particolar modo lavoratori poco qualificati;
• possibili pericoli dovuti alla cooperazione uomo-robot: è necessario fare un’analisi rischio-pericolo-mansione. Alcune specifiche linee guida per garantire la sicurezza sono la ISO 10218 e 15066.

Per le aziende sarà indispensabile provvedere ad un’adeguata formazione e addestramento del personale, capace di interagire con le macchine, migliorando costantemente le proprie competenze.

Considerazioni finali

In conclusione, la robotica e l’automazione stanno giocando un ruolo sempre più importante nell’industria alimentare. Attraverso l’utilizzo di tecnologie avanzate come i robot collaborativi e l’intelligenza artificiale, le aziende sono in grado di migliorare l’efficienza, la qualità e la sicurezza dei prodotti alimentari. Tuttavia, è importante considerare anche gli eventuali impatti sociali e lavorativi dell’aumento dell’automazione in questo settore. Continueranno a essere necessarie ulteriori ricerche per comprendere pienamente come possono essere utilizzate per migliorare l’industria alimentare in modo sostenibile.