Smart Fridge: Wie KI-Innovationen die Nachhaltigkeit fördern können

Abfallminimierung in der Lebensmittelindustrie

Lebensmittelverschwendung ist ein grosses globales Problem. Lebensmittel, die auf Mülldeponien landen, sind nicht nur katastrophal für die Umwelt, sondern angesichts der weitverbreiteten Hungersnot in der Welt auch ein grosses moralisches Problem. Jetzt zeigt die Entwicklung eines intelligenten Kühlschranks, wie KI innovative Lösungen für Nachhaltigkeitsprobleme vorantreiben könnte.

Die hohen Kosten für verlorene und verschwendete Lebensmittel

Wenn wir über Lebensmittel im Kontext der Nachhaltigkeit nachdenken, ist es wichtig, zwischen Lebensmittelverlusten und Lebensmittelverschwendung zu unterscheiden. Unter Lebensmittelverlusten versteht man Lebensmittel, die entlang der Lieferkette – von der Ernte bis zur Verarbeitung – verloren gehen, bevor sie für den Verkauf verfügbar sind. Dafür kann es eine Reihe von Gründen geben, darunter extreme Wetterereignisse und Ernteverluste durch Schädlinge. Im Gegensatz dazu wird Lebensmittelverschwendung im Allgemeinen als das definiert, was es bis ins Regal schafft, aber weggeworfen wird, bevor es verzehrt wird. Zwei Hauptverursacher sind Essensreste und Lebensmittel, die vor dem Verzehr verderben.

Jedes Jahr gehen etwa 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittel durch Lebensmittelverluste und -verschwendung verloren, was Kosten in Höhe von etwa 1 Billion Dollar verursacht. Dies hat auch negative Auswirkungen auf die Umwelt und ist für 8% der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Ausserdem trägt es zur Welthungersnot bei, von dem nach Schätzungen der EPA weltweit fast eine Milliarde Menschen betroffen sind.

Nach Angaben des Welternährungsprogramms der USA wird schätzungsweise fast ein Drittel der Lebensmittel in Ländern mit hohem Einkommen verschwendet, während in Ländern mit niedrigem Einkommen etwa 40 % der Lebensmittel verloren gehen.

5 participants of the SICK Solution Hackathon 2022.

Gewinnerteam 'Copenhagen Collective' am SICK Solution Hackathon | Image ©Andreas Kusy Photography

KI bekämpft Lebensmittelverschwendung

Der neue Prototyp eines intelligenten Kühlschranks ist ein spannender Anwendungsfall für KI, der zu mehr Nachhaltigkeit führt – und wir hatten das Privileg, ihn aus erster Hand zu sehen, als er beim letztjährigen SICK Solution Hackathon in Deutschland entwickelt wurde. Wir waren stolz darauf, als Partner der Veranstaltung zu fungieren und sieben Coaches zur Unterstützung von fünf verschiedenen Teams zu entsenden.

Eines der von uns unterstützten Teams, das «Copenhagen Collective», entwickelte ein preisgekröntes Konzept, das dazu beitragen könnte, die Lebensmittelverschwendung in der Gastronomie zu reduzieren.

Das «Copenhagen Collective» erkannte das Problem, dass 10 % der Lebensmittel in Restaurants verschwendet werden, ohne dass sie jemals auf einem Teller serviert wurden. Um dieses Problem zu bekämpfen, konzentrierte sich das Team auf zwei Hauptkategorien, nämlich verdorbene und falsch gelagerte Lebensmittel, und schlug ein System vor, das beide Probleme lösen würde.

How the smart fridge works using AI Nose.

Wie es funktioniert: Die Teile des Puzzles

1. Die Sensoren

Der Input für die KI-Nase kommt von zwei verschiedenen Sensoren. Ein Gassensor in Kombination mit maschinellem Lernen. Dieser erkennt Veränderungen in Lebensmitteln, wenn diese zu verderben beginnen, während der optische Sensor auf verlegte Lebensmittel achtet, um Probleme wie Kreuzkontaminationen zu vermeiden. Während des Hackathons entwickelte das Team das Modell, um Veränderungen in Hühnerfleisch zu erkennen, wenn es verdirbt.

2. Die Integration

Im nächsten Schritt werden die Daten von den Sensoren gesammelt und mit Hilfe von SICK LiveConnect und Amazon Web Services oder Microsoft Azure-Lösungen (wie Azure IoT Hub ) in Echtzeit in die Cloud übertragen.

3. Die Cloud

Die Trainingsdaten und maschinellen Lernalgorithmen, die die KI trainieren, befinden sich in der Cloud, um ein Vorhersagemodell zu bilden, das die Sensordaten interpretieren kann.

4. Die Anwendung

Die vom Modell generierten Vorhersagen – zum Beispiel, dass ein Lebensmittel bald verderben wird – werden über die Anwendung an den Nutzer weitergegeben. Dies geschieht entweder über ein Dashboard oder, in dringenden Fällen, als Push- oder SMS-Benachrichtigung.

Dieses und ähnliche Konzepte könnten in der Praxis erhebliche Vorteile für Restaurants, Cafeterias und die Gastronomie im Allgemeinen haben: Überall dort, wo Grossküchen eine wichtige Rolle spielen. Sie haben das Potenzial, die Abfallmenge zu verringern, die Sicherheit zu erhöhen und die Einhaltung von Rechtsvorschriften zu verbessern.

Nachhaltigkeit und Innovation mit KI fördern

Die KI sammelt und nutzt unglaubliche Mengen an Informationen, um die Produktivität zu steigern und tiefgreifende Herausforderungen der Welt zu lösen.

Auf dem Weg dorthin ist es entscheidend, dass KI selbst nachhaltig ist, da sie viel Energie verbraucht. Die weltweiten Rechenzentren sind für mehr als 2 % der gesamten Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Diese Zahl könnte mit verbesserten KI-Prozessen reduziert werden, einschliesslich einer möglichen Verringerung der Datenmenge, die für das KI-Training benötigt wird.

Ungeachtet dieser Herausforderung kann die Leistung der KI auf vielfältige Weise genutzt werden, um eine grundlegende Rolle für eine nachhaltige, innovative Entwicklung zu spielen.

KI und die Wirtschaft

Es wird erwartet, dass KI das Wachstum ankurbeln wird. Laut einer Studie von PwC könnte sie bis 2030 einen Beitrag von 15,7 Billionen Dollar zur Weltwirtschaft leisten und das BIP in lokalen Volkswirtschaften um bis zu 26 % steigern. Auf der Ebene der einzelnen Verbraucher könnte KI eine Reihe von Produktverbesserungen bewirken, die zu einer grösseren Vielfalt und Personalisierung führen.

Im Zuge dieses Fortschritts muss unbedingt sichergestellt werden, dass diese wirtschaftlichen Vorteile gleichmässig verteilt werden. Andernfalls könnte die KI die Kluft zwischen den Besitzenden und den Besitzlosen der Welt noch vergrössern.

KI für die Nachhaltigkeit nutzen

PwC schätzt, dass KI für Anwendungen im ökologischen Bereich bis zum Jahr 2030 bis zu 5,2 Billionen Dollar zur Weltwirtschaft beitragen könnte – dank KI-gestützter sauberer dezentraler Energienetze, nachhaltigerer Lieferketten und besserer Wetter- und Umweltüberwachung.

Wir sehen bereits den Nutzwert von KI bei grossen Umweltprojekten. EarthScan bietet Analysen zur Wahrscheinlichkeit von klimabedingten Schocks, während ClimateView seine ClimateOS-Plattform entwickelt hat, um die Emissionsreduzierung in die Stadtplanung einzubauen. Die Landwirtschaft ist ein weiterer wichtiger Bereich mit grossem Potenzial, da maschinelles Lernen und die Digitalisierung der Landwirtschaft Prozesse rationalisieren können.

Eine Analyse der Ziele der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung zeigt, dass KI wahrscheinlich sowohl positive als auch negative Auswirkungen haben wird. KI könnte Kreislaufwirtschaften und intelligente Städte unterstützen, die Produktivität steigern und den Klimawandel bekämpfen. Gleichzeitig ist aber auch Vorsicht geboten, da KI leicht dazu genutzt werden könnte, Ökosysteme durch die Gewinnung von Ressourcen zu überstrapazieren.

Ein aufregender Weg in die Zukunft

Da KI zunehmend in einer Reihe von ehrgeizigen Projekten für Mensch und Umwelt eingesetzt wird, scheint es klar, dass die Technologie einer der Schlüssel für eine nachhaltige Zukunft sein wird. Eine Initiative, an der wir mit Stolz beteiligt sind, ist smartFoodTechnologyOWL, deren Ziel es ist, die Verschwendung zu reduzieren und die Versorgung mit qualitativ hochwertigen Lebensmitteln zu verbessern, indem die Lebensmittelindustrie digital transformiert wird.

Die OWL-Initiative und der Prototyp eines intelligenten Kühlschranks geben uns erste spannende Hinweise darauf, wie diese Technologie die Dinge voranbringen könnte.