Artikel voor Eyes on Chemistry/Eyes on Food, september/oktober 1998 over:

Hoe stootvast is een aardappel, hoe temperatuurgevoelig vis?

Met Asic’s altijd het laatste nieuws.

Hoe kun je het bioritme van een koe meten zonder haar steeds lastig te vallen met thermometers, hoe weet je de temperatuur van verse vis vanaf inpakken tot en met transport, hoe kan worden bepaald hoe hard een aardappel mag vallen tijdens het sorteren?

Dat kan met behulp van ASIC's, chips, uitgerust met sensoren, die ter plekke meten en op afstand afleesbaar zijn.

Het Nederlandse Insentec werkt aan vele verschillende toepassingen: van alles is mogelijk, gezocht moet worden naar de toepassingen van dit nog betrekkelijk onbekende product.

Een Application Specific Integrated Circuit (ASIC) is een chip, die wordt ontworpen voor applicaties binnen één toepassingsgebied, maar meerdere functies kan hebben. Een ASIC kan, afhankelijk van de vereiste toepassing, worden uitgerust met noodzakelijke externe componenten, zoals bijvoorbeeld bepaalde sensoren. Een ASIC kan verschillende, zij het zeer beperkte afmetingen hebben. Hij staat via draadloze radiosignalen in verbinding met een computer, die als ontvangsstation fungeert voor de door de ASIC verzamelde informatie. de conbinatie van ASIC en Radio Frequentie heet transponder.

De omvang van Insentec's eerste zogenaamde temperatuurtransponder is 3 bij 33 mm, een standaardformaat dat gemakkelijk bij dieren kan worden genjecteerd. Voor Insentec (Integrated Sensor Technology), gevestigd in Marknesse en onder meer gespecialiseerd in embedded software- en hardwareontwikkeling, begon het verhaal namelijk bij de veeteelt. Insentec ontwikkelde al eerder automatiseringsproducten voor draadloze indentificatie van koeien ten behoeve van het automatisch aansturen van melkrobots, weegsystemen, voerstations en dergelijke. Een volgende stap was de ontwikkeling van een draadloze temperatuurtransponder voor het opmeten van de temperatuur van koeien. Natuurlijk kan deze temperatuur met traditionele thermometers worden opgemeten, maar zoiets vereist handelingen en het dier moet worden gestoord. Als de temperatuur van een dier regelmatig kan worden gemeten, kunnen eventuele afwijkingen tijdig worden geregistreerd, zodat al snel kan worden ingegrepen. Ook kan het verloop van lichaamstemperatuur als indicatie gelden voor tochtigheid en dus het beste moment voor inseminatie of voor het begin van een bevalling. Een dergelijke detectie van lichaamstemperatuur is bovendien nauwkeuriger het van tijd tot tijd opmeten met een themometer, omdat de transponder zich voortdurend binnen een doorbloed geheel bevindt.

UNIEK IDENTIFICATIENUMMER

Niet alleen melkproductie, maar ook lichaamstemperatuur is volstrekt individueel. De ASIC's werden daarom in de fabriek voorzien van een uniek identificatienummer. Tesamen met een temperatuursensor worden zij verpakt in een glazen capsule, die met een injecteerpistool achter het oor van koeien kan worden geschoten. De antennes, die een uitleeseenheid hebben, waarmee de informatie van de transponders worden omgezet in digitale waarden, sturen deze verder naar de computers. Ze zijn geplaatst in de voederstations, aangezien deze door de dieren meerdere malen per dag worden bezocht.

De antennes zijn geplaatst bij de drink-, voer- of melkplaatsen, die zodra het dier op een afstand ongeveer 40 cm. in de buurt van het antenneveld komt, de temperatuurtransponder 'afvragen' en temperatuurwaarde en identificatienummer doorsturen naar de computer. Nu kunnen binnen een antenneveld ofwel een energieveld elektronicacomponenten warmte ontwikkelen en zoiets zou een vertekend beeld van van temperatuur kunnen opleveren. Daarom zendt de transponder signalen uit, waaraan de sterkte van het antenneveld zich kan aanpassen, al naar gelang de koe dichterbij komt of verderaf blijft. Natuurlijk kan de antenne ook geplaatst worden bij de plek waar de dieren worden gemolken; zoiets hangt af van de fase van het proces, waarvan men op de hoogte wil blijven.

Als een dier wegblijft bij de drinkbak of bij de plaats waar het gemolken wordt, kan zoiets wijzen op een beginnende ziekte. Jack Cöp, technisch manager bij Insentec: 'Met onze HIT-injectaten, een afkorting van Hoko Farm Intellgence Transponder, kun je een ziekte een slag voor zijn. We kunnen dus een beeld opbouwen van een dier. Is het ziek, dan genereren wij een zogenaamde afwijkingslijst. Het unieke nummer van het dier garandeert dat wij nooit dieren of specifieke meetgegevens met elkaar kunnen verwisselen.'

ASIC'S VOOR DE TEMPERATUUR VAN VIS

Zowel de geringe afmetingen als de draadloze meetgegevenstransmissie maken deze vooralsnog unieke ASIC's geschikt voor vele toepassingen. Momenteel wordt onderzocht op welke wijze de visindustrie gebruik kan maken van de HIT-injectaten. Het gaat bij dit onderzoek om combinaties van schol met zalm, dagverse producten, die vier dagen goed kunnen blijven, mits zij in een constante temperatuur worden gefileerd, verpakt en getransporteerd.

Het klaarmaken en transporteren van verse vis voor de verkoop is, net als bij andere verse voedingsmiddelen een delicate zaak, waarbij een constante temperatuur voorop staat. Het is ondoenlijk om tijdens het transport de temperatuur van tijd tot tijd en per verpakkingseenheid af te lezen en vast te leggen. Toch is zoiets vanuit logistiek oogpunt belangrijk, aangezien zo nodig achteraf nauwkeurig kan worden bepaald op welke momenten van het transport de temperatuur afweek en wie daarop dat moment voor verantwoordelijk was. De temperatuur kan bijvoorbeeld te hoog oplopen omdat de koeling van de vrachtwagen tijdelijk is uitgevallen of omdat bepaalde partijen vis, die bij de uitgang van de auto zijn opgesteld 's zomers worden blootgesteld aan warmte.

Momenteel wordt gewerkt aan het vastleggen van de relatie tussen de temperatuur van de vis en die van het krat. De visproducten worden in groepen van zes verpakkingen in een krat vervoerd. Omdat het niet wenselijk is de kleine transponder in het product aan te brengen, wordt de transponder aangebracht in het krat. Maar ten behoeve van de test, wordt een uitzondering gemaakt: in het piepschuim van de helft van de verpakkingen worden ook nog eens drie transponders ingebracht en datzelfde geldt voor drie transponders, die tussen de vis worden geplaatst. Cöp: 'Binnen de inhoud van een krat kunnen immers ook temperatuurverschillen optreden. Datzelfde geldt natuurlijk ook voor het pallet, waarop het krat wordt geplaatst en voor de vrachtwagen. In deze test krijgen we nu een totaal overzicht. Uiteindelijk willen we tot een vorm van temperatuurmeting in de kratten komen, die zo betrouwbaar is, dat we in de toekomst bij de noodzakelijke controle van de producten de verpakking van het verse consumentenproduct niet hoeven te beschadigen. '

Ook in productieprocessen kunnen transponders worden gebruikt, al geldt dat niet voor alle processen. Dat bleek bijvoorbeeld bij proefnemingen bij het verven van tapijten, hetgeen onder zeer hoge temperaturen moest gebeuren, want de temperatuur bepaalt de hechting van de kleurstoffen. deze temperaturen bleken te hoog voor de transponders.

Een wel veelbelovende toepassing is de uitrusting van ASIC's met vochtsensoren, die vroegtijdig houtrot kunnen signaleren. Preventief onderhoud is hierdoor mogelijk. Een hygrometer is voor zoiets niet voldoende, want houtrot kan het beste plaatselijk worden gemeten 'en, zegt Cöp, 'Je zou dan heel wat van die grote, niet handzame hygrometers moeten produceren en dat wordt wel erg kostbaar. Gelukkig is een transponder altijd goedkoper dan een hygrometer. Omdat hij klein is kun je hem op alle mogelijke plaatsen, bijvoorbeeld binnen een kozijn, aanbrengen en draadloos uitlezen.'

GEHEUGEN

Deze transponders zijn in bezit van een klein geheugen. Daardoor kunnen ze op vele momenten de de vochtigheidsgraad van hun omgeving aflezen en hiervan een dagboek bijhouden.

De Temp-it transponders uit de veeteelt kunnen zonder geheugen toe, omdat zij maar enkele malen hoeven te worden afgelezen. Een kostbaar geheugen is daarom voor deze toepassing niet nodig. Sommige transponders kunnen na gebruik worden geherprogrammeerd voor andere toepassingen, waarbij bijvoorbeeld vaker moet worden gemeten. Wel kunnen de transponders alleen binnen die sector worden gebruikt, waarvoor ze zijn ontworpen en waarvoor zij een uniek geregistreerd nummer hebben gekregen.

ASIC's voor identificatie bestaan al langer. Maar op het gebied van transponders met ASIC's, waaraan een sensor is gekoppeld, is Insentec in Nederland de eerste onderneming, die deze apparatuur ontwikkelt. Anderhalf jaar geleden bracht Insentec de eerste transponders op de markt. Inmiddels wordt in binnen- en buitenlandse onderzoeksinstituten verder gewerkt aan andere medische toepassingen. Insentec zelf gaat door op het ontwikkelingspad. Cöp: 'Met behulp van Temp-it kunnen wij ook de stappen van koeien tellen. Ook de hoeveelheid hiervan geeft een indicatie van het bioritme of kreupelheid of ziekte. Doorgaande op deze detectiemogelijkheid willen we nu aardappelsorteermachines gaan uitrusten met de mogelijkheid om te bepalen hoe vaak en hoe hard een aardappel valt tijdens het sorteren. We rusten daartoe een aardappel uit met een transponder met een sensor. Op die manier komen we aan de weet hoeveel stootjes deze slimme aardappel kan verdragen en hoe we op deze wijze lelijke plekken ten gevolge van het sorteren kunnen voorkomen. We kunnen met behulp van deze methode ook achterhalen wanneer en waar kostbare goederen tijdens een transport zijn beschadigd. Een andere mogelijkheid is het doorlichten van een productielijn op voor het product kwetsbare fasen.'

Een universele manier van meten voor allerlei medische, logistieke en productieparameters moet een volgende stap zijn in de ontwikkeling van de transponders, die nog niet populair, maar wel veelbelovend zijn.'

IN KADER

ASIC's zijn snelle rekenwonders. Ze kunnen de rekencapaciteit van een industriële PC hebben. Vooral voor toepassingen waarbij in korte tijd veel informatie moet worden omgezet zijn ze bijzonder bruikbaar. Bijvoorbeeld als onderdeel van een ISDN-centrale of in eiersorteermachines. In de voedingsmiddelenindustrie kunnen ASIC's worden gebruilkt voor draadloze en kontactloze temperatuurmeting. Koppeling van specifieke sensoren voor bijvoorbeeld de meting van luchtvochtigheid, druk of pH is ook mogelijk.

Alle toepassingen van ASIC's zijn zeer specifiek. Daarom heeft het vanuit financieel oogpunt voornamelijk zin om ASIC's in grote aantallen te produceren en te gebruiken. Omdat Nederland veel kleine bedrijven heeft, zijn de ASIC's hier nog niet echt populair: de ontwikkelingskosten zijn hoog en bij de productie van kleine aantallen vormt zoiets natuurlijk een bezwaar.

Kirsten Emous