青果物の品質を非接触・非破壊で 評価するシステムを開発

芝浦工業大学(東京都港区／学長　村上雅人)機械機能工学科の細矢直基准教授は、レーザー誘起プラズマ(Laser-Induced Plasma：LIP)による衝撃波を用いて、青果物に全く触れずに非破壊で品質を評価できるシステムを開発しました。

細矢准教授は青果物の品質を評価するにあたり、熟度に相関がある「硬さ」に着目。パルスレーザーを空気中に照射してLIPを形成し、それによって発生するLIP衝撃波を用いて、りんごの硬さを非接触・非破壊で評価することに成功しました。これにより、従来の接触式デバイス，香り，色などでは品質評価が困難だった青果物や収穫前の青果物にも適用できる可能性があり、すべてを自動化することで作業工程・人力の負担削減なども期待できます。本研究は、北海道大学の梶原逸朗教授との共同研究であり、医学・科学技術関係を中心とする世界最大規模の出版社・エルゼビア社の学術雑誌“Postharvest Biology and Technology”で発表され、その論文は同誌におけるMost Downloaded Articlesに選出されました。

LIP衝撃波による青果物の品質評価システム

青果物の熟度を評価する非破壊検査として、光の照射や加振器など接触式デバイスを用いた手法が実用化されています。しかし、色の変化が現れない青果物や光を透過しない青果物、柔らかくて損傷の恐れのある青果物(例えば、もも)への適用は難しいことや一つずつ検査するのに莫大な手間と時間が掛かるなど、いまだ発展途上の段階です。

細矢准教授は青果物の品質を評価するにあたり、熟度に相関する指標の一つである「硬さ」に着目。

パルスレーザーを用いてりんごの加振点近傍でLIP衝撃波を生成(※)。レーザードップラー振動計により、非接触で計測しました。

その結果、りんごの直径上の振動モード形状と固有振動数を得ることができ、非接触・非破壊でりんごの硬さを評価することに成功しました。これにより、食べ頃や収穫時期を非接触・非破壊で全品検査することも可能となります。

また、固有振動数の変化を捉えることで、貯蔵期間の経過に伴うりんごの硬さの推移を評価することにも成功しました。

※日本とアメリカで特許取得済(平成27年5月29日 特許第5750788号「構造物の振動特性の測定方法および振動特性測定装置」特許権者：国立大学法人北海道大学、学校法人芝浦工業大学／2016年5月22日 特許番号US9,291,604 B2)

従来のシステムでは品質評価が困難だった、扱いがデリケートな青果物や樹上で結実した収穫前の青果物にも適用できる可能性があり、LIP衝撃波は空気中の任意の場所に発生させることができるため、レーザー追尾システムを用いてすべてを自動化することで、作業工程・人力の負担削減なども期待できます。

将来的には、生産性の高い農産物のブランド化や農業の6次産業化など、新たな付加価値を生み出す活力ある農業の振興に役立つシステムの確立を目指し、生産者や企業と連携して協力を仰ぎながら、必要なデータを収集するなどして実用化を目指していきます。

リンゴの直径での振動モード形状