HRP20200776A1 - Repliciranje obroka putem robotiziranog kuhala - Google Patents

Abstract

Predmetni izum otkriva sustav koji se sastoji od barem jednog servera (30), jednog master robotiziranog kuhala (10.0) i jednog ili više slave robotiziranih kuhala (10.i), međusobno umreženih preko mrežne infrastrukture (90) koji se koristi za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i). Predmetni postupak se temelji na regulaciji snage <IMAGE NAME="20200776_01" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> svih slave kuhala (10.i) tako da se replicira termograf <IMAGE NAME="20200776_02" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> master kuhala (10.0) da vrijedi za <IMAGE NAME="20200776_03" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> > <IMAGE NAME="20200776_04" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> za <IMAGE NAME="20200776_05" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> gdje svaka veličina <IMAGE NAME="20200776_06" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> definira vremensku razliku u trenutku početka kuhanja slave kuhala (10.i) u odnosu na master kuhalo (10.0) proračunatu iz historijskih podataka na način da je zadovoljeno <IMAGE NAME="20200776_07" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> i <IMAGE NAME="20200776_08" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> Temperatura <IMAGE NAME="20200776_09" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> je izabrana temperatura prve transformacije namirnica. U najjednostavnijoj varijanti upravljanje se vrši linearnim odzivom: <IMAGE NAME="20200776_10" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> <IMAGE NAME="20200776_11" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> gdje je <IMAGE NAME="20200776_12" TYPE="JPG" CENTER=FALSE/> empirijski odabrana konstanta.

Description

Područje tehnike

Područje tehnike odnosi se na pripravu hrane općenito, na način da se na izdvojenim i udaljenim mjestima što je moguće točnije i vjernije replicira obrok koji je pripravljen na negdje drugdje. Obzirom na karakter tehničkog problema, može se smatrati da sam predmetni izum pripada području tehnike usmjerenom vođenju procesa na daljinu, prema prethodno zadanim parametrima, koji u ovom specifičnom slučaju jesu parametri priprave hrane ili još preciznije - priprave jela koja se spremaju u jednoj posudi.

Tehnički problem

Kuhanje na daljinu, prema pripremljenim protokolima kuhanja ili prethodno formiranim receptima, dobro je poznato u stanju tehnike i to nije predmet izuma.

Predmet izuma odnosi se na izuzetno vjerno repliciranje obroka, u realnom vremenu ili gotovo realnom vremenu, gdje se originalni obrok priprema na master robotiziranom kuhalu te se putem mrežnih konekcija i pripadajućeg servera vrši repliciranje istog obroka na jednom ili više identičnih slave robotiziranih kuhala s mogućnošću povratnog ocjenjivanja tako „repliciranog“ originala. Nadalje, predmet izuma fokusiran je jela koja se pripravljaju u jednoj posudi (engl. one-pot dish). Glavna poteškoća kod repliciranja obroka napravljenog u jednoj posudi je postojanje različitih početnih uvjeta kuhanja i samog zahtjeva da se termička obrada namirnica i začina izvede na način koji je vjeran i identičan onoj kemijskoj transformaciji koju su namirnice i začini prošli kuhanjem na master robotiziranom kuhalu.

Ovaj tehnički problem riješen je vjernim slijeđenjem termografa (temperature u vremenu) kuhanja izvedenog na master kuhalu, pomaknutom u vremenu za svako pojedino slave robotizirano kuhalo zasebno, i nadgledano od strane servera tako da ubacivanje namirnica i začina prati vremensku dinamiku kuhanja na master kuhalu, ali pomaknutu u vremenu.

Stanje tehnike

Stanje tehnike je izuzetno bogato tehničkim rješenjima okrenutim kuhanjem odnosno automatskom formiranju obroka od prethodno priređenih namirnica i začina. Nabrojit ćemo samo nekoliko od njih niže.

PCT prijava patenta objavljena kao WO2016/160732A1 za izum: AUTONOMOUS COOKING DEVICE TO PREPARE FOOD FROM A RECIPE FILE AND METHOD FOR CREATING RECIPE FILES, izumitelja P. Choudhary, poučava o replikaciji obroka u jednoj posudi, a na osnovu recepta koji se nalazi na serveru i može se lokalno „skinuti“, a formiran je na istom tipu uređaja. Razlika prema predmetnom izumu je ta što ovaj dokument vrši optičku kontrolu i kontrolu kuhanja putem drugih senzora postavljenih na slave robotiziranim kuhalima, na način koji nije u cijelosti otkriven predmetnom prijavom patenta, osim da se vrši usporedba slika jela i prethodnih slika sa servera.

US prijava patenta objavljena kao US2016/235239A1 za PORTABLE FULLY AUTOMATIC COOKING SYSTEM, izumitelja P. B. Ghanshyambha, poučava o kompletno automatiziranom robotskom kuhalu gdje se postupak kuhanja, recept i ostale veličine nužne za kuhanje također mogu „skinuti“ sa pripadajućeg servera. Prema navodima izumitelja, skalabilnost i fleksibilnost omogućava djelatno kuhanje na zahtjev (eng. on-demand). No, predmetni izum ne pojašnjava rješavanje problema razlike početnih uvjeta i s time generiranih razlika u kvaliteti obroka tako generiranih na zahtjev.

EP patent objavljen kao EP2769598B1 za izum ADAPTIVE COOKING CONTROL FOR AN OVEN, izumitelja M. G. Nigel i ostali, poučava u svojem tekstu vrlo detaljno o samoj fizici kuhanja potrebnoj za realizaciju predmetnog izuma, gdje spomenutu fiziku kuhanja koristimo kao teorijsku podlogu za predmetni izum.

U radu S. Reichel i drugu; MAMPF - An Intelligent Cooking Agent for Zoneless Stoves; 2011 Seventh International Conference on Intelligent Environments, Nottingham, 2011, pp. 171-178; DOI:10.1109/IE.2011.18 poučava se o vođenom sustavu kuhanja koji usmjerava korisnika u svakom trenutku kuhanja da napravi točno repliciranje obroka. Sustav je vođen računalom, no nije u cijelosti automatiziran i zahtjeva puno intervencija korisnika. Funkcioniranje uređaja sustava može se pogledati na Vimeo® platformi: http://vimeo.com/19938951

Niti jedan of gore pobrojanih dokumenata stanja tehnike ne daje odgovor na pitanje kako točno replicirati, u realnom vremenu ili gotovo realnom vremenu, kuhanje sa master robotiziranog kuhanja na jednom ili više slave robotiziranih kuhala.

Bit izuma

Izum se odnosi na postupak rada uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala. Spomenuta slave kuhala povezana su mrežnom infrastrukturom korespondirajućim mrežnim konekcijama kao i master robotizirano kuhalo svojom mrežnom konekcijom za istu mrežnu infrastrukturu na kojoj se nalazi server.

Svako robotizirano kuhalo posjeduje: niz upravljivih odjeljaka za namirnice i robotizirani dozator začina sa spremnicima za začine čiji statusi su zapisani kao stanje spremnika namirnica i začina[image] u vremenu, a gdje indeks[image] definira određeni odjeljak ili određeni spremnik. Svako robotizirano kuhalo dodatno posjeduje i svoj pogon miješalice s dozatorom vode sa statusom[image] u vremenu, kao i posudu u kojoj se vrši kuhanje, uređaj za mjerenje trenutne temperature kuhanja[image] , i električno kuhalo s informacijom o isporučenoj snazi kuhanja[image] u vremenu dok traje kuhanje. Svako robotizirano kuhalo dodatno je opremljeno upravljačkim modulom sa sučeljem koje upravlja svim navedenim dijelovima robotiziranog kuhala i ostvaruje vezu s mrežnom infrastrukturom. Sva robotizirana kuhala napunjena su istim namirnicama i začinima u jednakim količinama, ali zadnje nije uvjet radi ugrađenih dozatora.

Spomenuti uređaj za nadgledanje repliciranje obroka izveden je kao server za obradu podataka, povezan sa spomenutom istom mrežnom infrastrukturom kao i kuhala putem svoje mrežne konekcijom. Taj uređaj u realnom vremenu zaprima informacije od strane master robotiziranog kuhala i svih robotiziranih slave kuhala s različitim početnim uvjetima kuhanja, gdje spomenuti server preko upravljačkog modula sa izvedenim sučeljima upravlja repliciranjem obroka koji se pripravljaju na slave kuhalima. Server to vrši bilježeći veličine[image] ,[image] ,[image] ,[image] i[image] , i upravljajući veličinama[image] ,[image] ,[image] robotiziranih slave kuhala, a s obzirom na prethodna stanja kuhanja master kuhala.

Navedeni postupak sastoji od slijedećih koraka pod kontrolom servera:

A. bilježenja početne temperature[image] master kuhala i svih početnih temperatura[image] svih slave kuhala, te praćenje spomenutih termografa u vremenu kod započinjanja kuhanje na master kuhalu, gdje se spomenutim master kuhalom upravlja manualno putem njegovog upravljačkog modula sa sučeljem;

B. server bilježi termograf[image] , snagu kuhanja[image] , stanje spremnika namirnica i začina[image] i stanje pogona miješalice i dozatora vode[image] u ovisnosti o vremenu[image] na master kuhalu;

C. kada je temperatura[image] >[image] server uključuje vođenje procesa kuhanja na svim drugim robotiziranim slave kuhalima, upravljajući istima preko njihovih mrežnih konekcija na način da se postupak kuhanja vodi tako:

(i) da se forsira regulacija snage[image] pojedinih slave kuhala tako da se replicira termograf[image] master kuhala i da vrijedi za[image] >[image] :

[image]

gdje svaka veličina[image] definira vremensku razliku u trenutku početka kuhanja robotiziranog slave kuhala u odnosu na master kuhalo, proračunatu iz historijskih podataka na način da je zadovoljeno[image] i[image] ;

(ii) da stanje spremnika za namirnice i začine svakog slave kuhala kasni s doziranjem za prethodno determiniranu vremensku veličinu[image] ,[image] prema master kuhalu; i

(iii) da stanje pogona miješalice i dozatora vode svakog slave kuhala kasni s doziranjem i miješanjem za prethodno determiniranu vremensku veličinu[image] ,[image] prema master kuhalu;

D. sve dok se cijeli postupak kuhanja ne dovrši na master kuhalu i ne proteknu sva vremena kašnjenja[image] postupaka upravljanja na korespondirajućim slave robotiziranim kuhalima, čime postupak završava.

U jednoj varijanti izuma, regulacije snage[image] svih slave kuhala radi repliciranja termografa[image] master kuhala vrši se na način da je ispunjeno za vremena[image] :

[image] [image]

gdje je veličina[image] određena empirijski za sva slave kuhala. Cjelokupni sustav je zamišljen da bilo koje slave robotizirano kuhalo može po potrebi biti master robotizirano kuhalo i obrnuto.

U jednoj podvarijanati izuma, manualno upravljanje kuhanja iz koraka A. zamjenjuje se:

- snimljenim stanjem cijelog postupka kuhanja spremljenog prethodno na serveru za izabrano master robotizirano kuhalo; ili

- prethodno snimljenim stanjem kuhanja na samom master robotiziranom kuhalu koje se reproducira u nekom kasnijem vremenu putem servera prema slave robotiziranim kuhalima.

Sustav je dizajniran na način da server zaprima i obrađuje povratne ocjene korisnika o kvaliteti repliciranog obroka sa svako od robotiziranog slave kuhala.

Upotreba uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala namijenjena je, među ostalim, pripremi i testiranju obroka za potrebe TV kulinarskih spektakla. Poznati chef, TV zvijezda ili neka treća osoba u studiju pripremaju jelo na master robotiziranom kuhalu. Taj proces se uživo emitira na TV ili internetskom kanalu; Youtube®, FB® live i slično. Gledateljima koji posjeduju identično robotizirano kuhalo mogu u gotovo realnom vremenu dobiti repliku navedenog jela u istoj kvaliteti.

U jednoj drugoj varijanti primjene, sustav je namijenjen pripremi obroka u restoranima s istom franšizom, a radi isporučivanje iste kvalitete zgotovljenog jela na izdvojenom mjestu.

U trećoj varijanti primjene, sustav je namijenjen pripremi obroka u restoranima od strane gostujućeg chef-a koji se nalazi na izdvojenoj lokaciji. Gostujući chef priprema jelo na master robotiziranom kuhalu a posjetiteljima restorana se u realnom vremenu kuha replika navedenog jela u istoj kvaliteti na jednom ili više identičnih robotiziranih slave kuhala koja se nalaze u restoranu.

Predmetni izum poučava i o sustavu koji se sastoji od barem jednog servera, jednog master robotiziranog kuhala i barem jednog slave robotiziranog kuhala, koji su međusobno umreženih preko mrežne infrastrukture i gdje se koristi opisani postupak nadgledanja repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala.

Opis crteža

Crtež 1 prikazuje robotizirano kuhalo s osnovnim dijelovima. Crtež 2 prikazuje posudu za kuhanje koja se koristi u robotiziranom kuhalu s naznačenim ulazima toplinske energije i gubicima.

Crtež 3 prikazuje shemu mrežnog repliciranja obroka, gdje se sa master robotskog kuhala upravlja serijom identičnih robotiziranih slave kuhala.

Crtež 4A prikazuje eksperiment dodavanja vode, a nakon toga i tijesta, pri kojem je nazivna snaga grijača 1500 W, pri čemu se pratila temperatura optičkim termometrom i kontaktnim termometrom (sondom).

Crtež 4B prikazuje eksperiment dodavanja vode, a nakon toga i tijesta, pri kojem je nazivna snaga grijača 750 W, pri čemu se pratila temperatura optičkim termometrom i kontaktnim termometrom (sondom).

Crtež 5 prikazuje kuhanje jednog master robotiziranog kuhala i jednog slave robotiziranog kuhala koje kasni u fazi za 40 sekundi.

Detaljan opis izuma

Predmetni izum odnosi se na repliciranje obroka, sa minimalnim kašnjenjem, na nekom izdvojenom mjestu putem serije robotiziranih (slave) kuhala na kojima se replicira jelo koje se pripravlja na (master) identičnom robotiziranom kuhalu.

Robotizirano kuhalo

Primjer takvog robotiziranog kuhala za tzv. jela pripremljena u jednoj posudi (eng. one-pot dish) možemo naći na slijedećim Youtube® poveznicama:

(i) Gammachef®: https://www.youtube.com/watch?v=Ip56ZlyIrWo

(ii) MegCook®: https://www.youtube.com/watch?v=YSY1yMW3ZU0

a u ovom primjeru bit će detaljnije opisano GammaChef® robotizirano kuhalo (10) dizajnirano za pripremu jela u jednoj posudi (19) koje služi za izvođenje predmetnog izuma. Robotizirano kuhalo (10) sastoji se od, vidjeti crtež 1:

− jednog ili više automatiziranog odjeljka za namirnice (11) na koje se nastavlja lijevak (12),

− jednog ili više spremnika za začine (13),

− robotiziranog dozatora začina (14),

− pogona miješalice s dozatorom vode (15),

− lopatice miješalice (16),

− električnog kuhala (18)

− posude (19), vidjeti sliku 2, te

− upravljačkog modula sa sučeljem (17).

Automatizirani odjeljci za namirnice (11.1, 11.2, … 11.K) dizajnirani su za prihvat osnovnih namirnica za pripremu jela na način da se namirnice razvrstaju u spomenute odjeljke. Tako ovi odjeljci za namirnice najčešće sadrže: meso, ribu, rakove, gljive, tjesteninu, rižu, krumpir, njoke ili slične druge esencijalne namirnice da bi se jelo moglo pripraviti. Svaki od odjeljaka (11.1, 11.2, … 11.K) može biti opremljeni zasebnim uređajem koji omogućava pražnjenje odjeljka za namirnice (11.i) na zahtjev upravljačkog modula sa sučeljem (17), recimo na način da se sadržaj elektromehaničkim modulom/aktuatorom pogura sadržaj prema naprijed. Također, u praksi je realiziran poseban elektromehanički aktuator koji, iako jedan, svojim pomicanjem prazni željeni odjeljak za namirnice (11.i) na zahtjev upravljačkog modula sa sučeljem (17). Bez obzira kako bilo realizirano pražnjenje nekog odjeljka za namirnice (11.i), sadržaj tog odjeljka se potiskuje prema lijevku (12), preko kojeg cijeli sadržaj željenog odjeljka (11.i) završava u posudi (19). U naprednijim verzijama ovog robotiziranog kuhala (10), automatizirani odjeljci za namirnice (11.1, 11.2, … 11.K) mogu biti dodatno opremljeni sustavom za hlađenje, recimo izvedenim uz Peltierove elemente ili uz standardno hlađenje s mikro-kompresorom koji omogućava održavanje osjetljivih namirnica hladnim tijekom dužeg vremenskog perioda. To je posebno bitno u predjelima s vrućom klimom i kada je sadržaj odjeljaka (11.i) lakopokvarljiva namirnica; riba, mekušci ili neke osjetljivije vrste mesa.

Spremnici za začine (13.1, 13.2, … 13.L) čine također sastavni dio robotiziranog kuhala. Osim standardnog seta začina koji se sastoji od soli, papra, papričica, kurkume ili sl., spremnici (13.1, 13.2, … 13.L) mogu sadržavati ulje, vino kao i druge tekuće začinske dodatke, recimo riblje temeljce. Sadržaj spremnika za začine (13.1, 13.2, … 13.L) dobavlja se u posudu (19) putem robotiziranog dozatora (14) u koji se prvo sadržaj začina izruči unutar samog kućišta – a nakon toga spomenuti robotizirani dozator (14) sadržaj isporuči u posudu (19) u tom smislu je instruktivno pogledati video zapis s ranije reference.

Robotizirano kuhalo (10) opremljeno je pogonom miješalice s dozatorom vode (15). Mehanički pogon je izveden na način koji omogućava složeno cikloidno gibanje lopatice miješalice (16) na način da u relativno kratkom vremenu „briše“ cijelu površinu dna posude (19). Uz ovaj pogon ugrađen je i direktan dovod vode iz spremnika smještenog u kućištu robotiziranog kuhala (10), koji, pomoću sustava sa pumpom, dozira vodu u posudu (19). Naime, voda je sastojak koji, uz namirnice smještene u odjeljka za namirnice (11), predstavlja glavnu masu jela koje se pripravlja.

Robotizirano kuhalo (10) opremljeno je električnim kuhalom (18), poželjno indukcijskog tipa, no to nije uvjet. Električno kuhalo je svojom nazivnom snagom i dimenzijama prilagođeno veličini posude (19) tako da ostvaruje dovoljnu zalihost snage i za nepovoljne scenarije kuhanja kada je potrebno posudi (19) isporučiti veću količinu energije.

Upravljački modul sa sučeljem (17) sastoji se od zaslona za izbor jela, mikrokontrolera sa memorijom za pohranjivanje recepata i upravljanjem samim uređajem. Mikrokontroler upravlja slijedećim uređajima: električnim kuhalom (18), automatiziranim odjeljcima za namirnice (11.1, 11.2, … 11.K), robotiziranim dozatorom (14) za dobavu začina iz spremnika za začine (13.1, 13.2, … 13.L), pogonom miješalice s dozatorom vode (15).

Kako je vidljivo na videozapisu (i), izborom odgovarajućeg recepta i prethodno odgovarajuće napunjenim odjeljcima za namirnice (11.i) i spremnicima za začine (13.k) - robotiziran uređaj (10) spreman je za izvršavanje kuhanja, točnije recepta pohranjenog u memoriji upravljačkog modula sa sučeljem (17). Osim autonomnog načina rada, robotiziranim uređajem (10) može se upravljati i preko mrežnog priključka, ostvarenog na bilo koji način poznat u stanju tehnike, recimo kao nekog od uređaja u kućnoj mreži tj. WI-FI usmjerivača (eng. router), ili autonomnog 3G, 4G ili 5G ugrađenog radio-modula.

Prosječnom stručnjaku područja sasvim je jasno kako se autonomnim uređajem predstavljenim na poveznici (i) može upravljati i sa izdvojenog mjesta unutar iste mreže, recimo tabletom ili mobitelom, ili bilo gdje u svijetu putem standardne internetske veze.

Praćenje temperature kuhanja

Praćenje temperature kuhanja nije nužno za programsko vođenje procesa kuhanja. Naime, recepti pohranjeni u memoriju upravljačkog modula sa sučeljem (17) imaju zapisana vremena dodavanja sastojaka, unaprijed definirane količine namirnica kao i stanje električnog kuhala (18) zapisanu kao snagu kuhala, uz unaprijed definirane količine namirnica, začina i vode.

No, praćenje temperature postaje bitno ukoliko se želi napraviti repliciranje obroka u realnom vremenu putem više (eng. slave) robotiziranih kuhala (10.i); i=1 … N koji repliciraju jelo koje se spravlja na glavnom (eng. master) robotiziranom kuhalu (10.0). Radi različitih početnih uvjeta kuhanja, fizika kuhanja na slave kuhalu (10.i) može biti bitno različita od fizike kuhanja na master kuhalu (10.0) i ta činjenica mora biti uzeta u obzir kako bi se na ispravan način repliciralo jelo. Radi toga i glavno robotizirano kuhalo (10.0) i serija slave udaljenih robotiziranih kuhala (10.i); i=1 … N moraju nužno biti opremljeni s barem jednom identičnom mjernom sondom za određivanje temperature kuhanja[image] . Primjerice, takva sonda se može nalaziti ugrađena u lopaticu miješalice (16), biti uronjena permanentno i separatno u samu posudu (19), ili se uzorkovanje temperature kuhanja može vršiti optičkom (beskontaktnom) metodom.

Svaki od spomenutih načina ima svoje prednosti i mane. Sonda koja je ugrađena u lopaticu miješalice (16) svakako je najbolje tehničko rješenje obzirom da omogućava uzorkovanje temperature na cijelom dnu posude. Taj princip je odličan s obzirom na disipaciju topline povezanu s masom namirnica na nekom određenom mjestu i temperaturna sonda ugrađena u lopaticu miješalice (16) može s velikom točnošću očitati prostornu distribuciju temperature u samoj posudi (19). S druge pak strane, mana ova konstrukcije je da nije jeftina za tehničku izvedbu i podložna je problemima s kontaktima nakon dužeg korištenja.

Ukoliko se radi o sondi koja je na nekom mjestu uronjena u posudu (19) takva temperaturna sonda je vrlo jeftina, ali očitava samo temperaturu kuhanja[image] na malom dijelu posude. Optičko (beskontaktno) očitanje temperature čini se kao najbolje tehničko rješenje iz perspektive minimalnih troškova uređaja, pouzdanosti u dugom vremenskom periodu i najveće djelotvornosti.

Fizika kuhanja i repliciranje kuhanja

Razumijevanje fizike kuhanja od najveće je važnosti za repliciranje jela putem robotiziranih slave kuhala (10.i); i=1 … N koja su izmještena daleko od glavnog (master) robotiziranog kuhala (10.0).

Proces kuhanja, gdje pod pojmom kuhanje podrazumijevamo i pečenje, zagrijavanje namirnica, termodinamički je proces kod kojeg se energija električnog kuhala (18)[image] prenosi na namirnice, začine i druge sastojke koji se nalaze u posudi (19). Ovaj proces može se opisati jednostavnom jednadžbom:

[image] (1)

gdje je[image] energija kuhanja, a[image] energija koja se rasipa (disipacijska energija) koja zračenjem i konvekcijskim vođenjem zagrijanog zraka biva odvedena iz posude (19), vidjeti crtež 2, a dio energije[image] se koristi za podizanje temperature same posude (19). Energija kuhanja[image] smjese povećava temperaturu svih namirnica u posudi (19) na način koji se fizikalno može vrlo pojednostavljeno prikazati jednadžbom (2):

[image] (2)

gdje je[image] masa sastojka (namirnice, začina ili vode);[image] specifični toplinski kapacitet sastojka,[image] početna temperatura sastojka i[image] temperatura smjese koja se kuha. Najveći doprinos toplinskom kapacitetu obroka ovdje daje masa vode, poglavito radi velikog specifičnog toplinskog kapaciteta koji iznosi oko 4200 J/(kg∙K). Za neke druge namirnice koje se koriste u procesiranju prehrambenih proizvoda podatke o toplinskom kapacitetu možemo naći primjerice na slijedećoj poveznici:

https://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-capacity-food-d_295.html

Vidimo da je specifični toplinski kapacitet krumpira otprilike 6x manji od vode, mesa također, sušenih gljiva čak 10x, itd. Nadalje, ukoliko su namirnice zaleđene, tada treba pridodati i temperaturu promjene faze – tzv. latentnu toplinu, te iskoristiti „brojeve“ za smrznute namirnice koji se također nalaze zapisane u literaturi.

Treba podvući da je kuhanje proces u kojem se dešava kemijska promjena namirnica, organskih spojeva, koji ne mijenjaju svoj sastav brzo i značajnije na temperaturama ispod 40°C. Pojednostavljeno rečeno, bitno je samo koliko dugo se hrana nalazi u stanju „kuhanja“, koliko je ukupno energije kuhanja[image] predano smjesi namirnica na temperaturama iznad 40°C. Prethodna povijest kuhanja za temperature ispod 40°C ne pridonosi signifikantno kvaliteti jela s obzirom da se kemijske promjene uzrokovane temperaturom nisu utjecale na proces kemijske preobrazbe namirnica.

Jednostavan eksperiment kuhanja prikazan je na crtežima 4A i 4B. Dva puta je napravljen eksperiment kuhanja s grijačem nazivne snage 1500W, crtež 4A i grijačem nazivne snage 750 W, crtež 4B. Temperatura[image] smjese je određivana sondom ▲ uronjenom u posudu (19) paralelno s optičkim beskontaktnim termometrom ■. Temperatura je uzorkovana svakih 5 sekundi.

U oba demonstracijska eksperimenta „kuhanje“ započinje grijanjem 1 litre vode od neke početne temperature, na crtežu 4A od 18°C, na crtežu 4B od 35°C. Kada je dosegnuta saturacijska temperatura koja je cca. 85°C određena optičkim putem, dodaje se nova litra vode na sobnoj temperaturi što uzrokuje nagli pad temperature i standardni porast temperature po eksponencijalnom zakonu:[image] gdje je[image] funkcija specifičnog toplinskog kapaciteta i toplinskog otpora (disipativnog toplinskog otpora) sprege posude (19) i okoline. Dodavanje 350 g tijesta malog specifičnog toplinskog kapaciteta (~5x manjeg nego voda) vidimo da isto gotovo da ne utječe na krivulju zagrijavanja.

U ovom jednostavnom modelu, ukupna energija kuhanja[image] može se izraziti slijedećim kroz jednadžbu (2) imajući na umu pretpostavku da se ne računa termička obrada za temperature ispod 40°C. U jednadžbu (2) treba uvrštavati i odgovarajuće mase kada se dodaje nova voda i novo tijesto, a sve rečeno predstavlja opću elementarnu fiziku.

Drugi bitan parametar koji se može pročitati iz crteža 4A i 4B je efektivna snaga kuhanja[image] koju definiramo na osnovu izraza (3):

[image] (3)

koja nam govori o brzini prijenosa energije kuhanja[image] na jelo.

Razmotrimo sada kako najjednostavnije replicirati neko jelo na daljinu. Pretpostavka je da na oba mjesta imamo isti set namirnica i začina u vrlo približno istoj količini s greškom ne većom od 10%, te da imamo približno jednaka električna kuhala (18) sa dovoljnom zalihosti snage. Sasvim je izvjesno da početne temperature namirnica nisu iste, no, kako smo prije naglasili to nas ne brine za temperature kuhanja ispod 40°C. Također, vanjski uvjeti kuhanja ne moraju biti isti, okolina oko kuhala može biti zagrijana od neugodnih zimskih 5°C do nekih ljetnih 40°C. Tako i namirnice ne moraju imati iste početne temperature, uglavnom, broj varijabli za egzaktni model može biti prilično velik.

Na master kuhalu dovoljno je bilježiti temperaturu kuhanja u vremenu, dakle formirati termograf kuhanja koji posredno „priča“ o količini unesene energije u jelo i brzini transfera energije – snazi, kao derivaciji unesene energije u vremenu.

Ako pomno pogledamo jednadžbu (2) i ako po dijelovima, dakle između dva ubacivanja sastojaka pogledamo termografe, sasvim je jasno da su masa i specifični toplinski kapacitet tog dijela obroka manje-više konstantni. Iz toga je jasno da npr. za[image] , kada dodajemo novu litru vode u sustav na crtežu 4A, energija unesena u sustav kuhanja je:

[image] (4)

gdje je 55°C početna temperatura kuhanja nakon ubacivanja dodatnog sastojka, a konstanta uključuje mase i specifične toplinske kapacitete namirnica i drugih sastojaka. Brzina porasta temperature u vremenu govori o snazi kuhanja[image] prema jednadžbi (3).

No, jednom kada se postigne saturacijska energija, ili stacionarno stanje, vrijeme kuhanja je bitno. Za kvalitetni kemijsku promjenu namirnica bitno je i vrijeme kuhanja; tijesto, riža i sl. namirnice različito se kuhaju na različitim temperaturama. Slično vrijedi i za obradu mesa i ribe, želi li se isto zapeći ili samo kuhati uvjeti nisu vremenski i energetski identični.

Iz svega rečenog, prosječnom stručnjaku područja je jasno da za uspješno repliciranje jela potrebno je što vjernije replicirati termografe zabilježene na glavnom (master) robotiziranom kuhalu na način da se prenese ista energija kuhanja nakon svakog dodavanja novih namirnica, uz manje-više istu snagu kuhanja koja ovisi o vanjskim uvjetima oko posude (19) i ulaznoj temperaturi namirnica.

Replikacija termografa

Crtež 3 prikazuje shemu mrežnog repliciranja obroka, gdje se sa master robotiziranog kuhala (10.0) upravlja serijom slave identičnih robotiziranih kuhala (10.i); i=1 … N. Sva robotizirana kuhala (10) priključena su odgovarajućim mrežnim žičanim ili bežičnim konekcijama (20.0; 20.i) na mrežnu infrastrukturu (90), recimo Internet, na bilo koji od poznatih načina u stanju tehnike. Uz spomenuta robotizirana kuhala (10.0; 10.i) na mrežnoj infrastrukturi (90) nalazi se priključen i barem jedan server (30) putem mrežne konekcije (31).

Uloga servera (30) je da prikuplja podatke s robotiziranog kuhala (10.0), obrađuje iste i upravlja kuhanjem na identičnih robotiziranih kuhalima (10.i); i = 1 … N s obzirom na zaprimljene podatke na kuhalima (10.i).

Server (30) prikuplja podatke u realnom vremenu za svaki od uređaja i=0 … N:

- temperatura kuhanja[image] ;

- isporučenu snaga grijača[image] ;

te provjerava na master kuhalu (10.0):

- status spremnika za namirnice i začine[image]

- stanje pogona miješalice i dozatora vode[image]

koje bilježi uz proteklo vrijeme kuhanja.

Server (30) upravlja spremnicima za namirnice[image] i začine slave kuhala (10.i), kao njihovim pogonima miješalice s dozatorom vode[image] .

Kako je ranije spomenuto, početni uvjeti robotiziranog master kuhala (10.0) i seta robotiziranih slave kuhala (10.i); i=1 … N, na kojima se jelo replicira može biti značajno različito. Temperatura okoline, namirnica, vode, posude za kuhanje (19) može biti signifikantno različita pa stoga repliciranje jela (termografa) nije moguće napraviti na način da se prenosi samo informacija o stanju grijača master kuhala (18.0) i trenutaka dodavanja namirnica.

Set identičnih kuhala (10.0) i (10.i); i=1 … N, napuni se istim namirnicama u iste odjeljke (11.0; 11.i) sa istim rasporedom začina, ulja i drugih pomoćnih smjesa za kuhanje u spremnike za začine (13.0; 13.i). Kada započinje proces kuhanja, kuhar čovjek u realnom vremenu preko upravljačkog modula sa sučeljem (17.0) ili recimo tableta umreženog sa kuhalom (10.0) započinje proces kuhanja. Pokreće grijač (18.0), pogon miješalice (15.0), upravlja namirnicama i začinima, redom koji želi. Server bilježi sve promjene na master kuhalu (10.0) u vremenu.

Replikacija termografa ponešto je složeniji proces i svodi se na upravljanje snagom električnih kuhala (18.i) koji imaju zalihost snage. Iz prethodnog razmatranja jasno je da za replikaciju jela je bitan način postizanja temperature. Dakle snaga električnih kuhala (18.i) treba biti tako određena da promjena temperature kuhanja u vremenu[image] i=1 … N, slijedi promjenu na master kuhalu[image] .

No, radi različitih početnih uvjeta, termografi mogu biti pomaknuti u vremenu na način da jedan ili više električnih kuhala (18.i) kasne s dostizanjem temperature master kuhala. Taj period kašnjenja se neće eliminirati tijekom praćenja na robotiziranim kuhalima (10.i), već će namirnice i začini biti dodavani kasnije u vremenu kako bi se što točnije replicirao termograf[image] sa master robotiziranog kuhala na slave robotiziranim kuhalima[image] , iako pomaknut za neki[image] koji je različit za svaki uređaj i iznosi npr. 5, 10. 50 ili 100 sekundi. Ovaj pomak u vremenu naravno znači i da dodavanje drugih namirnica i začina jednako kasni u vremenu, kao i izvođenje miješanja i svih drugih radnji.

Vođenja procesa svodi se na tehnički problem opisan jednadžbom (5):

[image]

(5)

gdje neka veličina[image] definira razliku u trenutku početka kuhanja svakog slave kuhala u odnosu na master kuhalo.

Veličine[image] određujemo na slijedeći način; kada temperatura master kuhala[image] dostigne prvu temperaturu kuhanja, npr.[image] °C ili nešto višu, očitamo temperature slave kuhala u istom vremenu[image] i potražimo na termografu master kuhala[image] vremena[image] vrijeme kada je bio ispunjen uvjet[image] =[image] . Razmak tih vremena je[image] . Ako na master termografu[image] ne postoji veličina koja bi zadovoljavala uvjet[image] =[image] tada se iz historijskih podataka, linearnom ekstrapolacijom može približno točno odrediti vrijeme[image] za svako od slave kuhala. Jednostavan primjer prikazan je na crtežu 5 prikazuje način određivanja[image] koji iznosi 70 s, zatim traženja unazad u podacima master kuhala identične temperature, te određivanja[image] .

Treba također spomenuti da su uzorkovanja temperatura svakako pojedinačna, no da se preciznost može postići ako se koristi izglađivanja podataka (eng. smoothing) na neki od poznatih načina u stanju tehnike, usrednjavanjem, fitanjem pravaca, parabola, spline-ova ili slično.

Ostaje i konačno pitanje za riješiti kojim algoritmom omogućiti „kopiranje“ termografa master kuhala uz pomoć slave kuhala danog izrazom (6):

[image]

(6)

Obzirom da se radi o sustavima kod kojih su mase iste i konstantne, a različita disipacija, pa na kraju i vođenje topline između grijača (18.i) i posude (19.i) je približno konstantna veličina, gornji izraz se može zapisati izrazom (7):

[image] (7)

gdje veličina[image] (dodatna disipacija) treba biti oduzeta ili dodana slave posudi kako bi se kompenzirala razlika početnih uvjeta kuhala i drugih nesavršenosti samih robotiziranih kuhala.

U nekom najjednostavnijem modelu relativno konstantnih disipacijskih gubitaka možemo se prebaciti sa snage kuhanja[image] na snage grijača[image] obzirom na jednadžbe (1) i (3):

[image] (8)

U nekom najjednostavnijem modelu zapravo treba upravljati veličinom[image] , recimo linearnim odzivom razlika željenih temperatura termografa, gdje je konstanta proporcionalnosti[image] empirijski određena na način da ne dolazi do većih oscilacija sustava radi kašnjenja i termičke inercijske sustava, vidjeti jednadžbu (9):

[image] (9)

Radi identičnih master-slave kuhala, jednom određen[image] je isti za sva kuhala i jednadžba (9) može biti simplificirana kao izraz (10):

[image] [image] (10)

Neki od boljih načina mogu uključivati naprednu PID regulaciju parametra[image] iz izraza (8) sa zahtjevom da ta veličina bude 0. Za PID regulaciju vidjeti: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

U praksi je moguće vrlo jednostavno implementirati izraz (10) za replikaciju termografa.

Pogledajmo to i primjerom prikazanim na crtežu 5. Početna temperatura master kuhala[image] je 18°C, jedinog slave kuhala[image] ~27°C. U[image] pokreće se grijanje master kuhala[image] s nekim namirnicama u posudi (19) i[image] raste u vremenu te se dobije termograf master kuhala obilježen punom linijom na crtežu 5. U konkretnom slučaju u posudi (19) inicijalno se nalazila 1 litra vode, a server (30) bilježi krivulja[image] i ekvivalentnu snagu[image] master kuhala. Istovremeno server bilježi i stanje, u ovom primjeru, jedinog slave kuhala posebno[image] i[image] . U trenutku kada[image] dostigne kritičnu temperaturu kuhanja[image] , ovdje postavljenu na 40°C, očitamo vrijeme koje iznosi 70 sekundi od početka procesa. Temperatura slave kuhala je još uvijek inicijalnih 27°C. Server (30) traži historijske podatke u vremenu i nalazi da je za[image] temperatura master kuhala[image] bila približno 27°C, te razlika ovih vremena definira[image] . Drugačije rečeno, termograf[image] vodit će se s kašnjenjem u vremenu od[image] ; te svi naknadni procesi trebaju toliko kasniti u vremenu; vidjeti na crtežu 5 trenutke ubacivanja namirnica #1 (dodatna litra vode) i #2 (350 g. tijesta), obje otprilike na sobnoj temperaturi.

Historijski podaci master robotiziranog kuhala, zapisani u vektorskom obliku {[image] ,[image] } na serveru (30) preslikavaju se na robotizirana slave kuhala, putem servera (30) i mrežne infrastrukture na način da, u najjednostavnijoj verziji izuma, slijedi:

A. da proces daje[image] ;

B. da se forsira regulacija:[image] [image]

C. stanje spremnika za namirnice i začine:[image]

D. stanje pogona miješalice i dozatora vode[image]

Prosječnom stručnjaku područja jasno je da korak B. može biti izveden i PID ili drugom regulacijom koja snagom upravlja snagom grijača. Obzirom da se ne radi o brzim promjenama sustava radi tromosti, točnost određivanja[image] nije presudno za ponavljanje termografa, pogreška od 5 ili 10 sekundi lagano se kompenzira regulacijom iz koraka B. dok nije počela signifikantna kemijska obrada namirnica (kuhanje), recimo za[image] 60°C. Pojednostavljeno rečeno, do tih temperatura već će regulacija „uhvatiti“ ponašanje termografa master kuhala.

Za vrijem replikacije termografa svi podaci prolaze kroz server (30) i server (30) je taj koji ponašanje master kuhala preslikava na slave kuhala, gotovo u realnom vremenu sa kašnjenjem od[image] koje je od 10-100 s i može se klasificirati kao kvazi-realno vrijeme.

Industrijska primjenjivost

Industrijska primjenjivost predmetnog izuma je očigledna. Predmetni izum koristi se za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala, među ostalim, u pripremi i testiranju obroka za potrebe TV kulinarskih spektakla.

U jednoj drugoj varijanti primjene, sustav je namijenjen pripremi obroka u restoranima s istom franšizom, a radi isporučivanje iste kvalitete zgotovljenog jela na izdvojenom mjestu. Ili u svrhu događaja gdje glavni kuhar lanca/franšize restorana za potrebe show-a kuha u svim svojim restoranima u isto vrijeme.

Također, prosječnom stručnjaku područja je očigledna primjena u kućanstvu kao kućanskog pomoćnog robotiziranog kuhala te u ugostiteljstvu i hotelijerstvu.

Reference

10 – robotizirano kuhalo

10.0 – robotizirano kuhalo [master]

10.i – robotizirano kuhalo [slave] i=1 … N

11 – odjeljak za namirnice

12 - lijevak

13 – spremnik za začine

14 - robotizirani dozator začina

15 - pogon miješalice s dozatorom vode

16 - lopatica miješalice

17 - upravljačkog modula sa sučeljem

18 - električno kuhalo

19 - posuda

20 – mrežna konekcija

30 – server

31 – mrežna konekcija

90 – mrežna infrastruktura

Claims (8)

1. Postupak rada uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i), povezanih s mrežnom infrastrukturom (90) korespondirajućim mrežnim konekcijama (20.i); i=1 … N; kao i master robotizirano kuhalo (10.0) koje je povezano svojom mrežnom konekcijom (20.0) za istu mrežnu infrastrukturu (90); - gdje svako robotizirano kuhalo (10) posjeduje: niz upravljivih odjeljaka za namirnice (11) i robotizirani dozator začina (14) sa spremnicima za začine (13) čiji statusi su zapisani kao stanje spremnika namirnica i začina [image] u vremenu a gdje indeks [image] definira odjeljak (11) ili spremnik (13), pogon miješalice s dozatorom vode (15) sa statusom [image] u vremenu, posudu (19) u kojoj se vrši kuhanje, uređaj za mjerenje trenutne temperature kuhanja [image] , električno kuhalo (18) s informacijom o isporučenoj snazi kuhanja [image] u vremenu i upravljački modul sa sučeljem (17) koji upravlja svim navedenim dijelovima robotiziranog kuhala (10) i ostvaruje vezu s mrežnom infrastrukturom (90); - gdje su sva robotizirana kuhala (10) napunjena istim namirnicama i začinima; - gdje je spomenuti uređaj za nadgledanje repliciranje obroka izveden kao server (30) za obradu podataka, povezan sa spomenutom mrežnom infrastrukturom (90) mrežnom konekcijom (31), koji u realnom vremenu zaprima informacije od strane master robotiziranog kuhala (10.0) i svih robotiziranih slave kuhala (10.i) s različitim početnim uvjetima kuhanja, i gdje spomenuti server (30) preko upravljačkog modula sa sučeljima (17.i) upravlja repliciranja obroka koji se pripravljaju na slave kuhalima (10.i) bilježeći veličine [image] , [image] , [image] , [image] i [image] , i upravljajući veličinama [image] , [image] , [image] robotiziranih slave kuhala (10.i) s obzirom na stanje master kuhala (10.0); naznačen time, da se spomenuti postupak sastoji od slijedećih koraka pod kontrolom servera (30): A. bilježenja početne temperature [image] master kuhala i svih početnih temperatura [image] slave kuhala, te praćenja spomenutih termografa u vremenu kod započinjanje kuhanje na master kuhalu (10.0), gdje se spomenutim master kuhalom (10.0) upravlja manualno putem njegovog upravljačkog modula sa sučeljem (17); B. server (30) bilježi termograf [image] , snagu kuhanja [image] , stanje spremnika namirnica i začina [image] i stanje pogona miješalice i dozatora vode [image] u ovisnosti o vremenu [image] na master kuhalu (10.0); C. kada je temperatura [image] > [image] server (30) uključuje vođenje procesa kuhanja na slave robotiziranim kuhalima (10.i), upravljajući istima preko njihovih mrežnih konekcija (20.i) na način da se postupak kuhanja vodi tako: (i) da se forsira regulacija snage [image] svih slave kuhala (10.i) tako da se replicira termograf [image] master kuhala (10.0) da vrijedi za [image] > [image] : [image] gdje svaka veličina [image] definira vremensku razliku u trenutku početka kuhanja slave kuhala (10.i) u odnosu na master kuhalo (10.0) proračunatu iz historijskih podataka na način da je zadovoljeno [image] i [image] ; (ii) da stanje spremnika za namirnice i začine svakog slave kuhala (10.i) kasni s doziranjem za prethodno determiniranu vremensku veličinu [image] , [image] prema master kuhalu (10.0); i (iii) da stanje pogona miješalice i dozatora vode svakog slave kuhala (10.i) kasni s doziranjem i miješanjem za prethodno determiniranu vremensku veličinu [image] , [image] prema master kuhalu (10.0); D. sve dok se cijeli postupak kuhanja ne dovrši na master kuhalu (10.0) i ne proteknu sva vremena kašnjenja [image] postupaka upravljanja na korespondirajućim slave robotiziranim kuhalima (10.i), čime postupak repliciranja završava.

2. Postupak rada uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i) prema zahtjevu 1, naznačen time, da se regulacije snage [image] svih slave kuhala (10.i) radi repliciranja termografa [image] 2. master kuhala (10.0) vrši na način da je ispunjeno za vremena [image] [image] [image] gdje je veličina [image] određena empirijski za sva slave kuhala (10.i).

3. Postupak rada uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, da bilo koje slave robotizirano kuhalo (10.i) može po potrebi biti master robotizirano kuhalo (10.0).

4. Postupak rada uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, da se manualno upravljanje kuhanja iz koraka A. zahtjeva 1 zamjenjuje: - snimljenim stanjem cijelog postupka kuhanja spremljenog prethodno na serveru (30) za izabrano master robotizirano kuhalo (10.0); ili - prethodno snimljenim stanjem kuhanja na samom master robotiziranom kuhalu (10.0) koje se reproducira u nekom kasnijem vremenu putem servera (30) prema slave kuhalima (10.i).

5. Postupak rada uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, da server (30) zaprima i obrađuje povratne ocjene korisnika o kvaliteti repliciranog obroka sa svakog od robotiziranog slave kuhala (10.i) zasebno.

6. Upotreba uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva 1-5, naznačena time da se koristi pri pripremi i testiranju obroka za potrebe TV kulinarskih spektakla.

7. Upotreba uređaja za nadgledanje repliciranja obroka koji se pripravlja u jednoj posudi na master robotiziranom kuhalu (10.0) i u realnom vremenu na jednom ili više izdvojenih identičnih robotiziranih slave kuhala (10.i) prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva 4-5, naznačena time da se koristi pri pripremi obroka u restoranima s istom franšizom kuhajući uživo sa centralnog mjesta ili sa prethodno snimljenim podacima.

8. Sustav koji se sastoji od barem jednog servera (30), jednog master robotiziranog kuhala (10.0) i barem jednog slave robotiziranog kuhala (10.i), međusobno umreženih preko mrežne infrastrukture (90), naznačen time, da koristi postupak prema zahtjevima 1-4.