HKUST-Forscher wollen die Lebensmittelproduktion mit einer KI-gestützten 3D-Drucklösung für Lebensmittel verändern
Forscher der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) haben eine hochmoderne KI-gestützte 3D-Lebensmitteldrucklösung entwickelt, die den Druck mit dem Infrarot-Kochen kombiniert und so den Weg für eine sicherere, effizientere und optisch ansprechende Lebensmittelproduktion ebnet.
Der integrative 3D-Lebensmitteldrucker und die KI-Plattform für digitales Lebensmitteldesign
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Der 3D-Lebensmitteldrucker umfasst das Echtzeit-Druck- und Kochsystem.
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Die mit dem 3D-Lebensmitteldrucker hergestellten Lebensmittel auf Stärkebasis behalten ihre gewünschte Form und Qualität.
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a) Schematische Darstellung und rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der LIG-Heizfolie. b) Optische Mikroskopaufnahmen der LIG-Heizfolie. c) Raman-Spektren der LIG-Heizfolie. d) Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie der LIG-Heizfolie. e) Absorptionsspektrum der bedruckten Teigprobe.
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Herkömmliche 3D-Lebensmitteldruckverfahren erfordern häufig zusätzliche Nachbearbeitungsschritte, die zu unansehnlichen Lebensmittelzutaten, unvollkommenen Formen und sogar zu potenzieller mikrobieller Kontamination führen können.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat das Team der Abteilung für Integrative Systeme und Design (ISD) an der HKUST ein KI-gestütztes System entwickelt, das den extrusionsbasierten Druck mit gleichzeitiger Infrarotheizung kombiniert, um komplizierte, auf Stärke basierende Lebensmittel im Handumdrehen zu kochen. Durch den Einsatz von Graphen-Heizungen zum Kochen konnte der Kochprozess präzise gesteuert werden, so dass die Lebensmittel auf Stärkebasis ihre Form und Qualität beibehalten.
Das System wird durch KI-gestütztes Design unterstützt, bei dem generative Algorithmen und Python-Skripte eingesetzt werden, um komplizierte Lebensmittelmuster zu erstellen. Durch den Einsatz von KI wurde der Designprozess auch für Computerneulinge zugänglich.
Die Forschungsarbeit befasst sich mit Problemen wie Formstabilität und Kontaminationsrisiken und eröffnet spannende Perspektiven für eine maßgeschneiderte Ernährung, die Menschen mit besonderen Ernährungsbedürfnissen, einschließlich Patienten mit Schluckstörungen, zugute kommt. Die Technologie bietet eine vielseitige Lösung für verschiedene Sektoren, von der Verbesserung der individuellen Anpassung von Mahlzeiten in Altenpflegezentren und Zentralküchen bis hin zur Erfüllung spezieller Ernährungsbedürfnisse und der Ermöglichung kreativer kulinarischer Erlebnisse in Restaurants.
"Mit ihrem Potenzial zur Rationalisierung von Lebensmittelproduktionsprozessen, zur Verbesserung der Lebensmittelqualität und zur Berücksichtigung individueller Vorlieben kann diese Innovation die Art und Weise verändern, wie Lebensmittel in verschiedenen Umgebungen zubereitet und serviert werden, und den Weg für eine Zukunft ebnen, in der personalisierte und visuell ansprechende Lebensmittelkreationen zugänglicher sind als je zuvor", sagte Prof. Mitch LI Guijun, Assistenzprofessor für ISD, der das Forschungsteam leitete.
"Wir sind begeistert von dem Potenzial dieser Technologie, maßgeschneiderte, sichere und köstliche Lebensmittel in einem effizienten und leicht zugänglichen Prozess zu liefern. Dies ist ein bedeutender Schritt nach vorn in der Art und Weise, wie wir über die Herstellung von Lebensmitteln denken", fügte Prof. Li hinzu.
Connie LEE Kong-Wai, die Erstautorin der Studie und Doktorandin an der HKUST, sagte: "Wir haben uns neu vorgestellt, was der 3D-Lebensmitteldruck durch die Verschmelzung von Technologie und kulinarischer Kreativität erreichen kann. Unsere hochmoderne integrative 3D-Lebensmitteldrucktechnologie könnte die personalisierte Lebensmittelherstellung revolutionieren".
Die Forschungsarbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen nutzerorientiertem Design, Maschinenbau, Lebensmittelwissenschaft, Chemie und KI. Dieser disziplinübergreifende Ansatz brachte verschiedene Fachkenntnisse zusammen, um die komplexen Herausforderungen im Zusammenhang mit dem 3D-Lebensmitteldruck zu bewältigen.
Für die Zukunft plant das Team, die Technologie zu verfeinern, indem es den Erhalt von hitzeempfindlichen Vitaminen und die Optimierung der Verdaulichkeit von Stärke untersucht. Künftige Studien werden sich auch auf die Verbraucherakzeptanz konzentrieren, indem sie sensorische Bewertungen mit Zielanwendern wie Kindern oder Krankenhauspflegern durchführen, um sicherzustellen, dass das System für reale Anwendungen geeignet ist.
Die Studie "Advanced 3D Food Printing with Simultaneous Cooking and Generative AI Design" wurde kürzlich in der internationalen Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.
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