Un chercheur de NAU collabore avec l’équipe ASU pour développer une technologie révolutionnaire pour une sécurité alimentaire améliorée

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Selon les Centers for Disease Control and Prevention, plus de 48 millions d’Américains sont chaque année écoeurés par des maladies d’origine alimentaire, ce qui coûte à l’économie plus de 15 milliards de dollars. Pour lutter contre ce problème persistant, la Food and Drug Administration des États-Unis et d’autres agences gouvernementales accordent la priorité à l’amélioration des mesures de sécurité dans tous les secteurs de la production, de la transformation, de la distribution et de la préparation des aliments.

Un élément central de ces efforts est une meilleure traçabilité des aliments grâce à la technologie. Le professeur adjoint de la Northern Arizona University, Abolfazl Razi, de la School of Informatics, Computing, and Cyber ​​Systems de la NAU, a récemment rejoint un projet multidisciplinaire financé par le département américain de l’Agriculture et dirigé par l’Arizona State University pour développer une solution révolutionnaire.

Michael Kozicki, professeur de génie électrique à ASU, dirige un effort pour créer des étiquettes dendritiques afin d’identifier en toute sécurité les aliments à tout moment de la chaîne d’approvisionnement. Les dendrites sont des formes qui se produisent en abondance dans le monde naturel, telles que les branches d’arbres, les ruisseaux et les affluents des systèmes fluviaux et des vaisseaux sanguins, et les nerfs du corps humain.

« Ces modèles se forment avec un degré élevé d’entropie, donc il n’y a pas deux dendrites exactement identiques », a déclaré Kozicki. «Et comme les dendrites sont relativement faciles à produire par voie électrochimique ou photochimique, nous pouvons fabriquer à moindre coût des étiquettes ou des étiquettes dendritiques offrant des identités vraiment singulières qu’il est effectivement impossible de falsifier ou de dupliquer, contrairement à un code à barres ou à un code QR.

L’application de cette technologie dendritique pourrait inclure, par exemple, l’étiquetage de chaque tête de laitue cultivée commercialement avec l’identité de la ferme, du champ et du rang d’où elle provient. Une telle précision pourrait permettre un niveau de traçabilité qui réduit considérablement l’impact d’un incident de contamination. Un petit lot de laitue contaminée pourrait être plus rapidement identifié et isolé dans la chaîne d’approvisionnement, évitant ainsi les maladies humaines et épargnant des tonnes d’aliments sains mais suspects qui sont actuellement détruits par prudence.

Kozicki et Yago Gonzalez Velo, professeur assistant de recherche en génie électrique à l’ASU, ont commencé à travailler avec des étudiants du laboratoire pour améliorer et mettre à l’échelle le processus actuellement manuel et chronophage de fabrication dendritique à l’aide d’une solution électrolytique. Parallèlement à la production d’étiquettes, ils testeront leur production avec l’étirement, la flexion, l’abrasion, la chaleur, l’humidité et d’autres facteurs qui représentent les rigueurs de la chaîne d’approvisionnement alimentaire.

Razi, qui a reçu un financement de 140 205 $ de la subvention de l’USDA, concevra et mettra en œuvre le pipeline de traitement, la procédure de test et la base algorithmique pour l’utilisation des étiquettes d’identité aux fins prévues. Directeur du Wireless Networking et du Smart Health Lab de NAU, Razi utilisera son expertise en traitement d’image pour développer l’algorithme et le système de lecture nécessaires pour vérifier les données de balises à l’aide de plates-formes logicielles basées sur les téléphones portables et sur le cloud. Ce projet s’appuie sur le travail de ses anciens et actuels étudiants diplômés, notamment Huayu Li, Ali Valehi, Han Peng, Zaoyi Chi, Xiwen Chen et Hao Wang.

«Du côté du réseau, nous aurons besoin d’une bibliothèque d’images de référence avec laquelle nous pouvons développer l’algorithme pour authentifier ces balises dendritiques», a déclaré Razi. «Nous allons mettre en œuvre des techniques telles que la théorie des graphes et également des méthodes d’apprentissage en profondeur pour reconstruire une image de ce qui est en réalité une forme 3D, puis vérifier sa légitimité jusqu’à l’échelle nanométrique. De plus, nous devons développer un adaptateur pour téléphone portable et une application pour rendre ce système facile à utiliser par l’industrie et les consommateurs. »

Un autre aspect important de l’application dans le monde réel est l’intégration de cette technologie innovante avec les matériaux et équipements actuels de transformation des systèmes alimentaires. Cette partie du projet sera dirigée par Mark Manfredo, professeur d’agro-industrie à l’ASU.

«Nous sommes impatients de travailler avec nos contacts industriels locaux pour aider à tester ce qui est en cours de développement», a déclaré Manfredo. «Nous collaborons déjà avec un grand producteur de légumes verts biologiques, et nous espérons également travailler avec un producteur de melons de l’État. Nous devons en savoir plus sur les chaînes d’approvisionnement de ces produits et, en fin de compte, évaluer les nouvelles étiquettes dans des contextes commerciaux. »

Manfredo a déclaré que l’équipe du projet doit également considérer l’endroit le plus économiquement réalisable au sein de la chaîne d’approvisionnement pour adopter ces identificateurs dendritiques dans le contexte des systèmes actuels. «Est-ce avec les producteurs? Ou les processeurs? Ou avec des détaillants? » il a dit. «Nous examinerons donc tous les coûts supplémentaires liés à la mise en œuvre des balises à différentes étapes.»

Manfredo a noté qu’il y a une valeur supplémentaire à considérer dans l’adoption de cette innovation. «Quelle est la valeur économique de l’application de ces balises non clonables? Certes, il y a une valeur à réduire les déchets. Mais les données représentent également des opportunités de marketing », a-t-il déclaré. «Et, bien sûr, la valeur de la santé publique est tout simplement énorme.»