EO

Het perfecte stuk chocola ontwerpen (video)

16 mei 2022 om 10:04 uur

Natuurlijk is de smaak van eten belangrijk, maar het mondgevoel en het geluid dat voedsel maakt als we erop bijten, bepalen ook of we genieten van de eetervaring. Natuurkundigen en voedingsonderzoekers laten zien dat het mogelijk is om eetbare materialen te ontwerpen die dit genot optimaliseren.


In onderzoek dat is gepubliceerd in Soft Matter, laten onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Delft en Unilever zien dat het mondgevoel van een eetbare stof kan worden ontworpen, net als eigenschappen van veel andere materialen. Dat wil zeggen: ze maken metamaterialen, materialen die niet in de natuur voorkomen, maar die zorgvuldig in het lab worden geconstrueerd. Hun favoriete bouwmateriaal is ... chocolade.

 

Ontwerp van mondgevoel

Zoals zowel professionele als amateurbakkers heel goed weten, is chocolade geen gemakkelijk materiaal om mee te werken. Door het simpelweg op te warmen en af ​​te koelen, kan zachte chocolade veranderen in veel brozer getemperde chocolade, of omgekeerd. De eerste uitdaging voor de onderzoekers was dan ook om hun bouwmateriaal onder controle te krijgen. Dit deden ze door het heel voorzichtig op te warmen, wat koude chocolademelk toe te voegen, weer af te koelen en vervolgens in een 3D-printer te stoppen. Hierdoor konden ze in principe elke vorm van chocolademateriaal printen die ze wilden, terwijl ze er zeker van waren dat het basismateriaal altijd dezelfde eigenschappen had.

 

De eerste vorm van eetbaar materiaal waarmee de wetenschappers experimenteerden, was een S-vormige chocolade met veel bochten, zoals in de afbeeldingrechtsboven. Het doel was om te testen hoe dit materiaal zou breken en hoe dat breken in de mond zou worden ervaren. Het is niet verrassend dat de breekeigenschappen sterk afhankelijk waren van de richting van het ‘bijten'. Wanneer de chocolade van bovenaf werd samengedrukt, traden veel verschillende barsten achter elkaar op, maar wanneer in de richting loodrecht op de afbeelding werd geduwd, ontstond meestal slechts één enkele barst. Dit werd mechanisch getest, zoals op de linker foto, maar ook door een panel van 10 proefpersonen. Zowel de mechanische tests als het testpanel bevestigden bovendien dat het bijtgemak beter was in de richting die op de foto wordt getoond.

 

Eindige elementen

De methode die is gebruikt om het breukgedrag van de chocolade te optimaliseren, is ontwikkeld door onderzoekers Jian Zhang en Alejandro Aragón van de TU Delft. Zhang implementeerde de methodologie en leidde de analytische gevoeligheidsformulering af om de optimizer naar geoptimaliseerde chocoladeontwerpen te sturen. Aragón kwam op het idee om zogenaamde topologische afgeleiden te gebruiken als een middel om de energieafgiftesnelheden (de energie die nodig is om een ​​scheur te veroorzaken) te evalueren binnen een topologie-optimalisatiekader.

 

Aragón: "Dit raamwerk gebruikt, achter de schermen, verrijkte eindige-elemententechnologie die ik mijn hele carrière heb ontwikkeld. In een notendop, verrijkte eindige-elementenformuleringen maken nauwkeurige analyse mogelijk door de geometrie van het probleem los te koppelen van het eindige-elementennet (discretisatie)."

 

Hoe meer scheuren, hoe beter

De meeste mensen genieten van de ervaring van eten dat breekt in hun mond - hoe meer scheuren, hoe beter. Nadat ze hadden aangetoond dat zo'n ervaring kan worden ontworpen, probeerden de onderzoekers nu een aantal verschillende structuren, op zoek naar een structuur waarbij het aantal scheuren in het materiaal kan worden 'geprogrammeerd'.

 

Het perfecte stuk chocola ontwerpen 

Het bleek dat spiraalvormige chocolademetamaterialen zoals die hierboven zijn weergegeven, behoorlijk interessante en afstembare eigenschappen hebben. Niet alleen bepaalt het aantal windingen direct het aantal scheuren wanneer het materiaal mechanisch wordt geperst; het testpanel kon ook duidelijk onderscheid maken tussen minder en meer barsten bij het eten van de chocolaatjes. Bovendien bleek uit geluidsopnames dat het geluid dat de chocolaatjes maken wanneer ze worden gebeten, het aantal scheuren weerspiegelt, wat bijdraagt ​​aan een plezierige eetervaring.

 

Wiskundig chocolademodel

De laatste vraag was natuurlijk: is het ontwerpen van een plezierige eetervaring een kwestie van vallen en opstaan, of kunnen er leuke eetbare materialen worden ontworpen en verfijnd voordat ze worden gemaakt? De onderzoekers ontdekten dat ze met een goed gekozen wiskundig model inderdaad bepaalde vormen van chocolaatjes kunnen optimaliseren met betrekking tot bijvoorbeeld hun weerstand tegen breken wanneer ze vanuit bepaalde richtingen worden gebeten. Enkele van de resulterende optimale vormen (voor verschillende bijtsterkten) zijn hieronder te zien.

Het perfecte stuk chocola ontwerpen 

 

Gerelateerd nieuws

Nederlandse ‘European Digital Innovation Hubs’ een feit

Nederlandse ‘European Digital Innovation Hubs’ een feit

De Nederlandse European Digital Innovation Hubs zijn een feit. Op het Smart Industry Jaarevent tekent minister van Economische Zaken Micky Adriaansens vandaag een samenwerkingsovereenkomst met vijf ‘hubs’. Met de…

3D-printmethode produceert in één stap werkende robots

3D-printmethode produceert in één stap werkende robots (video)

Een team van UCLA (VS) kan alle mechanische en elektronische systemen die nodig zijn om een ​​robot te bedienen in één keer vervaardigen door een nieuw type 3D-printproces voor gemanipuleerde actieve (meta…

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

Vanaf 21 juni is de regeling Demonstratie Energie- en Klimaatinnovatie (DEI+) open met een nieuw thema: Waterstof en Groene Chemie. Hiervoor is €30 miljoen beschikbaar. De regeling is open tot 10 januari 2023. Wie het…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tevema
Tevema

Leverancier van technische standaardveren en normdelen, leverbaar uit voorraad.

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 augustus 2022, Utrecht

Technishow + Esef

TechniShow is ingedeeld in verschillende sectoren waar productietechnieken, fases en toebehoren van het...

21 september 2022

Design to Manufacturing (voorheen Prototyping MNE)

Netwerkbeurs en competentieplatform voor wie betrokken is in slimme maak- en ontwerprocessen.

27 september 2022, Utrecht

WoTS

World of Technology & Science bedient bezoekers uit industrie, laboratoria, zorg en wetenschap.

Meer agendapunten »