Micro Dosatura: Dai Semiconduttori al Sushi

Introduzione

L'espressione “micro dosatura dei fluidi” è generalmente associata ad applicazioni come l'assemblaggio di dispositivi medici o la produzione di batterie. Di certo non evoca visioni di sushi, almeno non ancora. Ma se gli ingegneri della IHI Aerospace e dell'Università di Yamagata riusciranno nel loro intento, il sushi stampato in 3D sarà servito ai turisti spaziali nei loro viaggi in orbita terrestre bassa.

Avete capito bene: il sushi stampato, il cibo. IHI Aerospace è impegnata nello sviluppo di una piattaforma spaziale commerciale che potrebbe essere utilizzata, tra le altre cose, per trasportare civili in orbita. L'azienda sta già pensando a come migliorare tutti i livelli di tale esperienza, compresi i pasti.

Per rendere realizzabile il progetto del sushi in orbita, dove ogni grammo di massa ha un costo elevato, IHI ha dovuto guardare oltre gli chef di alta cucina, i coltelli affilati e i refrigeratori per la conservazione di pesce e frutti di mare. La soluzione? Stampare il sushi con un sistema di erogazione da banco, piccolo e leggero. Integrando la tecnologia della valvola piezoelettrica Nordson EFD PICO Pµlse con un robot compatto, il Team ha realizzato un sistema per la micro-dosatura di precisione per la stampa di un sushi in grado di competere con il sushi bar del posto. (vedi Figura 1).

Il Sushi e lo Spazio

Gli avventurosi che cercano il brivido del volo spaziale orbitale si aspettano un'esperienza indimenticabile, dall'inizio alla fine. Vorranno qualcosa di più esotico di un semplice panino. Pronta a esplorare possibilità creative, IHI Aerospace ha contattato l'Università di Yamagata, che vanta un solido programma di ingegneria aerospaziale e un altrettanto apprezzato programma di arti culinarie. Il brainstorming ha portato all'idea di servire sushi in orbita. Il problema era come.

Il sushi è la quintessenza della cucina giapponese. Non c'è un lungo elenco di ingredienti o una serie di tecniche culinarie complicate per mascherare eventuali errori. Si basa sull'assoluta semplicità: ingredienti freschi, sapori equilibrati e una bella presentazione. Proprio questa semplicità ne rende difficile la preparazione, soprattutto nello spazio.

Con una decisione strategica che ha considerato sia le sfide culinarie che di preparazione degli alimenti, il Team dell'Università di Yamagata ha scelto proteine in forma di pasta piuttosto che pesce o frutti di mare in forma solida. L'uni (riccio di mare) e altre paste di pesce sono alimenti comuni in Giappone e in molte parti del mondo. Pertanto, il concetto di sushi preparato con pasta di uni è familiare.

Le paste presentano vantaggi sia dal punto di vista della qualità che della logistica. Le proteine vengono raccolte e confezionate all'apice del loro sapore. Questo è particolarmente vantaggioso per l'uni, che in forma solida si degrada in un paio di giorni e da cibo delizioso, dalla consistenza burrosa, diventa viscido ed amaro. Le paste confezionate sono conservabili a lungo sugli scaffali, senza diventare residui che generano cattivi odori.

Le paste proteiche sono anche compatibili con la tecnologia per la micro-dosatura dei fluidi senza contatto, rendendo possibile l'automazione nella preparazione del sushi. Integrato con un robot compatto, il dosatore scelto come adatto allo scopo potrebbe depositare la pasta in modo da imitare l'aspetto del sushi tradizionale. L'unità potrebbe essere installata in una cucina e produrre vari tipi di sushi con la semplice pressione di un pulsante (vedi Figura 2).

Le sfide

Lo sviluppo del sushi stampabile è un concetto innovativo, che presentava una serie di sfide. L'applicazione richiedeva l'erogazione di un volume specifico di pasta uni su un letto di riso, con una forma specifica in una specifica posizione. La pasta uni ha una consistenza altamente viscosa, e richiede quindi una pressione ben controllata per essere erogata. L'ugello doveva essere sufficientemente largo per evitare ostruzioni, ma abbastanza stretto da garantire il controllo dell’applicazione. Inoltre, in caso di blocco, gli ugelli dovevano essere pulibili.

Da un punto di vista culinario, c’era un altro particolare molto importante che riguardava la pulizia degli ugelli. L'obiettivo del programma era una soluzione di dosatura che producesse quattro diversi tipi di sushi stampato in pasta: uni, pesce bianco, granchio e gamberetti. Il sistema doveva essere in grado di passare da uno all'altro senza residui di sapore.

Per affrontare queste sfide e costruire il loro prototipo, il Team dell'Università di Yamagata si è rivolto a Nordson EFD Japan.

La Soluzione

Quando il Team di progettazione dell'Università IHI/Yamagata si è messo in contatto con loro, gli ingegneri applicativi di Nordson EFD Japan sono rimasti in un primo momento sopresi, per poi farsi coinvolgere totalmente da questo caso applicativo unico. In definitiva, sebbene il prodotto da erogare fosse poco ortodosso, il compito da svolgere era il solito: trovare un modo efficiente per dosare in maniera affidabile un volume preciso di fluido a una data velocità.

Anche il procedimento con cui il Team Nordson EFD ha sviluppato la soluzione è stato lo stesso: consultarsi con il cliente per determinare i requisiti, identificare le sfide e trovare il modo di affrontarle, determinare quale sistema usare ed effettuare un test per garantire prestazioni precise e affidabili.

Idealmente, la pasta doveva essere depositata senza disturbare il letto di riso. Per questo era necessaria una valvola per la dosatura senza contatto (jetting). Il Team Nordson EFD ha consigliato il sistema con valvole jetting PICO Pµlse. Questo sistema si avvale di un attuatore piezoelettrico che consente di erogare senza contatto, in modo preciso e senza intoppi, anche materiali molto densi.

Le valvole piezoelettriche offrono caratteristiche di alta risoluzione, affidabilità, lunga durata e consentono all’operatore di personalizzare la lunghezza della corsa, controllando con precisione la quantità dosata. Grazie a ciò, la valvola jetting PICO Pulse è in grado di ottimizzare la deposizione del prodotto, garantendo un aspetto uniforme delle paste per sushi di diversa consistenza. Dal punto di vista operativo, come detto sopra, le valvole piezoelettriche offrono i vantaggi di una lunga durata e di un'elevata affidabilità.

Inoltre, PICO Pulse è un sistema modulare di grande flessibilità e consente di ottenere la configurazione ideale per l’applicazione specifica. Il corpo del fluido può essere sostituito in modo rapido e semplice senza l’utilizzo di attrezzi. La sostituzione rapida è utile sia in fase di prototipazione che quando il prodotto è in funzione. La possibilità di cambiare velocemente le parti che trasportano il fluido consente alla valvola di servire il suo scopo, consistente nell’erogare diversi tipi di paste ed essere facile da pulire.

Il Team di IHI Aerospace/Università di Yamagata ha combinato la valvola PICO Pulse con il controller PICO Touch ed il serbatoio del fluido, ottenendo una soluzione end-to-end che unisce la facilità di integrazione e un funzionamento preciso e affidabile.

Il passo successivo è stato quello di scegliere l'ugello ottimale per gestire le paste proteiche. Nordson EFD ha consigliato un ugello piatto con un orifizio di 300 micron. Questo ugello ha un'apertura sufficientemente ampia da garantire una deposizione regolare e controllata delle paste proteiche, riducendo al minimo il rischio di ostruzioni. L'ugello è stato ricoperto con uno speciale rivestimento idrofilo utilizzato per i fluidi appiccicosi, che ha ridotto la tensione superficiale del percorso a contatto con il fluido, migliorando la consistenza della micro-dosatura.

Una volta definito il sistema da utilizzare, è iniziato il lavoro vero e proprio: la valutazione della soluzione nel laboratorio di Nordson EFD Japan. Il Team Nordson ha assemblato un banco di prova e lo ha messo in atto in diverse condizioni per garantire un funzionamento preciso e affidabile.

Risultati

La collaborazione tra IHI Aerospace, l’Università di Yamagata e Nordson EFD Japan ha restituito un prototipo di sistema di erogazione automatizzato in grado di stampare sushi in 3D. Il prodotto che ne consegue presenta un tocco artistico ed un aspetto uniforme, volta dopo volta (vedi Figura 3). Il sistema di dosatura piezoelettrico PICO è così affidabile che il Team dell'Università di Yamagata ne ha fatto una dimostrazione di successo in occasione di un'importante fiera giapponese, servendo prelibatezze ai personaggi importanti in visita.

Mentre il sushi stampabile per i pasti in orbita rappresenta un caso di utilizzo molto particolare, dal sapore esotico, il cibo stampabile in generale potrebbe avere un impatto molto più ampio. Il Team dell'Università di Yamagata, ad esempio, spera di continuare a sviluppare questa tecnologia per il servizio di ristorazione in strutture come ospedali, case di cura e istituti di assistenza a lungo termine.

Conclusione

La valvola per la dosatura senza contatto PICO Pulse ha affrontato la sfida straordinaria dell’applicazione del sushi, ma questo dice ancora poco in merito alle sue potenzialità. Questo sistema di micro dosatura, infatti, combina un'elevata precisione e ripetibilità con una grande versatilità, che lo rende estremamente efficace per una serie di applicazioni sia all'interno che all'esterno delle nicchie industriali standard.

Portateci le vostre applicazioni più impegnative e troveremo una soluzione. La nostra filosofia è che il lavoro non è finito finché non abbiamo sviluppato e testato a fondo un sistema che soddisfi le esigenze del cliente e lo metta sulla strada di un successo futuro.

Abbiamo sviluppato un sistema in grado di stampare sushi! Immaginate cosa possiamo fare per voi.

FAQ

In cosa consiste la micro-dosatura?

La micro-dosatura di fluidi è un processo di produzione in cui una quantità precisa di micron o nanolitri di fluido viene applicata a un substrato. Questi vanno dagli oli standard, ai sigillanti, agli adesivi, ai fluidi di assemblaggio ad alte prestazioni. L'applicazione di quantità precise e costanti di questi fluidi viene utilizzata praticamente in ogni processo produttivo. Per saperne di più su come Nordson EFD serve il mercato della dosatura di precisione dei fluidi, cliccate qui.

Cos’è una valvola jetting?

Una valvola jetting è una tecnologia per la dosatura senza contatto che consente ai produttori di applicare fluidi di assemblaggio su qualsiasi superficie, incluse quelle irregolari o difficili da raggiungere. Le valvole jetting funzionano con tecnologia pneumatica o piezoelettrica per la dosatura di piccole quantità di fluidi con estrema precisione e ripetibilità a velocità elevate. Per sapere di più su come Nordson EFD serve il mercato delle valvole jetting, cliccate qui.

Cosa sono le paste proteiche?

Le paste proteiche sono un mezzo sicuro per fornire varie forme di proteine deperibili in una forma che consente di consumarle molto tempo dopo la tradizionale data di scadenza. Nel caso delle applicazioni per il sushi stampabile, questa pasta è composta da pesce o frutti di mare solidi.

Le paste presentano vantaggi sia per la qualità che per la logistica. Le proteine vengono raccolte e confezionate al massimo del loro sapore. Le paste confezionate sono conservabili sugli scaffali e non generano odori di scarto.

Cosa si intende per stampa del cibo in 3D?

La stampa 3D di alimenti è un mezzo per creare prodotti alimentari commestibili utilizzando un processo di stampa 3D additivo e automatizzato. In generale, un alimento stampato in 3D viene realizzato strato per strato in una forma predeterminata. I prodotti stampati in 3D sono spesso composti da alimenti che nascono come pasta o polentina. In genere, queste paste o polentine vengono inserite in un contenitore e poi in una stampante.

Quale partnership ha sviluppato l’applicazione di stampa sushi in 3D?

Le aziende che hanno collaborato alla realizzazione di questo progetto sono IHI Aerospace, Yamagata University e Nordson EFD.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller, Global Market Development Manager, è responsabile dello sviluppo del mercato globale presso Nordson EFD. Si occupa di consolidare e far crescere le opportunità per EFD nei settori dei veicoli elettrici e delle scienze della vita, in particolare nel mercato delle batterie per veicoli elettrici e dei dispositivi per la diagnostica medica. Muge vanta oltre 13 anni di esperienza nella gestione di prodotti e mercati. È entrata a far parte di Nordson EFD nel 2018.