Máy in 3D tích hợp AI và graphene: Bước đột phá trong công nghệ chế biến thực phẩm

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hong Kong (HKUST) đã phát triển một máy in 3D tiên tiến, kết hợp giữa vật liệu graphene và trí tuệ nhân tạo (AI), có khả năng vừa tạo hình vừa nấu chín thực phẩm cùng lúc. Thiết bị này không chỉ tạo ra các cấu trúc thực phẩm phức tạp mà còn sử dụng công nghệ gia nhiệt hồng ngoại chính xác, nhằm tối ưu hóa chất lượng và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

Khắc phục hạn chế của công nghệ hiện tại

Hiện nay, các máy in 3D thực phẩm thường hoạt động theo hai giai đoạn: đầu tiên là ép đùn bột thực phẩm lạnh để tạo hình, sau đó chuyển sản phẩm vào lò nướng hoặc nồi chiên để nấu chín và khử trùng. Quy trình này dễ dẫn đến biến dạng hình dạng sản phẩm và tăng nguy cơ nhiễm khuẩn khi di chuyển giữa các thiết bị. Máy in 3D mới của HKUST tích hợp cả hai bước này, cho phép chế tạo và nấu chín thực phẩm cùng lúc, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả.

Công nghệ gia nhiệt hồng ngoại tiên tiến

Máy in sử dụng bộ gia nhiệt hồng ngoại làm từ graphene sản xuất bằng laser (LIG) - một vật liệu siêu mỏng cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác. Trong quá trình in, các lớp thực phẩm có thể đạt nhiệt độ 137°C trên bề mặt và duy trì ít nhất 105°C ở các cạnh bên, đảm bảo nấu chín đều và tiêu diệt được các loại vi khuẩn có hại. Đặc biệt, máy chỉ tiêu thụ 14W điện năng, thấp hơn nhiều so với mức 1.000 - 2.000W của lò nướng và nồi chiên không dầu truyền thống.

Kết quả thử nghiệm và ứng dụng tiềm năng

Trong thử nghiệm với bột bánh quy làm từ tinh bột, máy in đã phun từng lớp bột và ngay lập tức nấu chín bằng công nghệ gia nhiệt hồng ngoại, giúp sản phẩm giữ nguyên hình dạng và tiêu diệt hết vi khuẩn. Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy các mẫu nấu bằng tia hồng ngoại duy trì cấu trúc bên trong nhất quán mà không bị phồng lên như khi nướng trong lò. Phương pháp mới cũng ức chế đáng kể sự phát triển của vi khuẩn sau khi nấu, với số cụm vi khuẩn thấp hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống sau 48 giờ.

Công nghệ này không chỉ mở ra tiềm năng cho sản xuất thực phẩm thương mại tự động mà còn hữu ích trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, nơi việc kiểm soát chính xác thành phần và khẩu phần ăn là rất quan trọng. Máy in 3D mới có thể giúp các nhà hàng, tiệm bánh cung cấp món ăn tùy chỉnh theo yêu cầu mà không cần đào tạo chuyên sâu, đồng thời hỗ trợ sản xuất thức ăn theo chế độ ăn riêng biệt, đảm bảo chất lượng và an toàn cho người sử dụng.

Tiềm năng ứng dụng trong tương lai

Việc tích hợp công nghệ in 3D, vật liệu graphene và trí tuệ nhân tạo trong sản xuất thực phẩm mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp thực phẩm và chăm sóc sức khỏe. Trong tương lai, công nghệ này có thể được áp dụng để tạo ra các sản phẩm thực phẩm chức năng, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng đặc biệt của từng cá nhân, hoặc sản xuất thực phẩm với hình dạng và kết cấu độc đáo, tạo sự hấp dẫn cho người tiêu dùng.

Ngoài ra, việc giảm tiêu thụ năng lượng trong quá trình nấu chín thực phẩm cũng góp phần bảo vệ môi trường và giảm chi phí sản xuất. Với mức tiêu thụ điện năng chỉ 14W, máy in 3D này có thể trở thành giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả cho ngành công nghiệp thực phẩm.

Tuy nhiên, để công nghệ này được ứng dụng rộng rãi, cần có thêm nghiên cứu và thử nghiệm để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong thực tế. Đồng thời, việc đào tạo nhân lực và nâng cao nhận thức của người tiêu dùng về công nghệ in 3D thực phẩm cũng là yếu tố quan trọng để thúc đẩy sự chấp nhận và phổ biến của công nghệ này.

Sự phát triển của máy in 3D kết hợp AI và graphene tại HKUST đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, mở ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho ngành công nghiệp thực phẩm và chăm sóc sức khỏe trong tương lai.