DESCRIPCIÓN

Sector técnico

El método y dispositivo descrito se inserta en las clasificaciones G01J 3/00 Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours [2006.01] y G01 N 21/01 Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation [2006.01], Antecedentes

Para los enólogos y los catadores, el color del vino es uno de los parámetros de gran Importancia para examinar la calidad de éste. El tono y la intensidad del color del vino está correlacionado con la edad, los niveles de tanlnos, la acidez, la dulzura, el pH, el proceso enológico. La relación del color con la edad se debe a que los vinos pierden pigmento a medida que envejecen. Hasta el 85% de la antoclanina se pierde después de 5 años. Por ello, los vinos tintos jóvenes (menos de 5 años) varían en tonalidad desde el rojo hasta el violeta y el azul. La intensidad del color indica el contenido de tanlnos. Los vinos más opacos pueden contener niveles más altos de tanlnos, los que actúan como un antioxldante natural que aportan beneficios para la salud. Los tanlnos aportan al vino una sensación de peso y estructura. Los vinos tintos combinan con las carnes rojas dado que los tanlnos se unen a las proteínas de la carne, haciéndolas menos astringentes en el paladar.

Los no expertos amantes del vino y quienes lo consumen por sus propiedades antioxldantes disponen de la Información que proporcionan las viñas en las etiquetas de las botellas. Se trata de notas de cata cuyo contenido no está estandarizado.

El consumidor no experto carece de una herramienta para estimar las características del vino que está consumiendo.

Estado del arte

La apreciación de la calidad del vino es dependiente del paladar, olfato y visión de enólogos y catadores expertos. Junto a ello se han desarrollado métodos objetivos cuyo principio es la medida del espectro de emisión o de absorción del vino.

El método en España para determinar el color del vino fue publicado en el Boletín Oficial del Estado de fecha 14/10/81. Establece un procedimiento independiente de la apreciación personal, mediante espectrofotometría, midiendo transmitancias del vino en las longitudes de onda de 625, 550, 495 y 445 nm. El “Méthode OIV-MA-AS2-07B” de la Office International de la Vigne et du Vin determina la intensidad de color por la suma de las absorbencias en longitudes de onda de 420, 520 y 620 nm. La tonalidad o matiz de color (nuance en francés o hue en inglés) la define como la razón entre las absorbancies a 420 nm y 520 nm. Estos métodos requieren de instrumentos de laboratorio difícilmente accesibles al común de los consumidores.

Existen pocas patentes que reivindiquen específicamente el análisis del vino mediante espectroscopia óptica.

La patente US 11 ,231 ,324, 2022, está enfocada en el control del proceso de fermentación por espectroscopia Raman (no óptica). La patente US 20190025228 A1 , 2019 utiliza luz incidente en una botella “para detectar interacciones de la luz incidente con una molécula particular”, lo cual está lejano a la presente invención. La patente US 4,490,042, 1984, Method for determining the properties of wine, utiliza un láser Helio-Neón o Argón para iluminar el líquido a analizar. El método consiste en medir la intensidad de la luz reflejada, en diferentes ángulos. La patente US 7,244,902, (2007), Method for classifying wine and coffee, tiene como objetivo clasificar los vinos por tipo de vino, regiones de cultivo, uva, vid, año, tipo de material o madera de la barrica utilizada, grado variable de madurez del vino y otros parámetros químicos. Para este objetivo toma el espectro en el infrarrojo cercano mediante instrumental de laboratorio.

Ventajas de la presente invención

Todos los antecedentes acerca del análisis del color del vino o de su espectro infrarojo, tanto en materia de patentes como investigaciones académicas, tienen en común una metodología que consiste en adquirir datos mediante espectrógrafos, iluminación láser u otra fuente de fotones y luego comparar el patrón adquirido con una referencia que ha sido obtenida con los mismos instrumentos y calibrada con referencias obtenidas mediante otros instrumentos de laboratorio. De manera general los métodos de espectroscopia óptica requieren de una preparación previa de una muestra por ejemplo una dilución o agregar aditivos antes de ser colocada en al espectrofotómetro.

La presente invención se diferencia de lo existente en varios aspectos.

En primer lugar, no se requiere de una preparación previa de la muestra y es el dispositivo sensor el que se coloca cerca de la muestra a diferencia del espectrofotómetro que requiere que la muestra sea colocada en él.

En segundo lugar, se trata de un clasificador supervisado, es decir que, dada una nueva observación, un algoritmo clasifica dicha observación dentro de clases predefinidas. A diferencia de los métodos actuales que tienen como objetivo obtener datos cuantitativos con la mayor precisión posible.

En tercer lugar, debido a la restricción de que el dispositivo que implementa el método debe ser portátil, de bajo consumo y accesible de manera masiva, no se recurre para su realización a espectrofotómetros de alta calidad sino a arreglos de sensores con filtros de interferencia o alternativamente a la emisión sucesiva de luz en bandas estrechas del orden de 20 nm. Ambos métodos, complementarios, tienen la desventaja de que cuentan con pocos canales espectrales, entre 6 y 12, frente a los espectrofotómetros profesionales que cuentan típicamente con 1024 o 2048 canales. Adicionalmente, dado que los espectrofotómetros realizan una descomposición de la luz mediante grating, la superposición entre dos canales espectrales vecinos es insignificante. Por el contrario, los elementos utilizados para la realización de la presente invención presentan superposición. Es decir, una luz idealmente monocromática puede provocar la respuesta de dos sensores que desde el punto de vista espectral son vecinos.

A su vez, el método de obtención de los datos y su procesamiento, para obtener el resultado, debe diferir radicalmente de otros métodos presentes en el estado del arte.

En síntesis, la invención es un método para clasificar supervisadamente las características de un vino, que consiste en iluminar una muestra de vino, obtener la intensidad de la luz reflejada mediante fotoreceptores, cada uno de ellos con un filtro de color calibrado en un rango específico entre 350 y 1200 nm. En una segunda manera de operar, complementaria y opcional, la muestra se ilumina sucesivamente con LED de frecuencia de emisión conocida, por ejemplo bandas centradas en 420 nm, 520 nm, 620 nm u otros. En este caso se puede utilizar un fotoreceptor de amplio espectro. Típicamente un LED emite en un ancho de banda de alrededor 20 nm en una distribución gaussiana.

Los valores entregados por los fotoreceptores son procesados para la extracción de parámetros y los vectores resultantes son ingresados a un clasificador supervisado, por ejemplo una red neuronal.

Los resultados del clasificador se despliegan en un teléfono y el usuario tiene la opción de compartirlos por correo electrónico o por redes sociales.

A diferencia de los dispositivos actualmente disponibles, la invención tiene una funcionalidad tal que no requiere conocimientos técnicos para su operación, se puede operar sostenido con una mano y es factible de ser trasportado como accesorio de un teléfono, lo que reduce las barreras económicas y técnicas para su uso masivo. Manera de realizar la invención

El dispositivo sensor que registra el espectro de la luz puede ser realizado mediante la integración de componentes en una caja cuyas dimensiones son aproximadamente 3 cm de ancho por 5 cm de largo por 2 cm de altura, El peso total de esa caja, incluyendo las baterías, es del orden de 20 gramos.

Tres maneras de realizar la invención son ofrecidas. La tercera manera es una combinación de las dos primeras.

En la primera manera, el dispositivo sensor utiliza al menos un emisor de luz en un rango amplio entre 350 nm y 1200 nm, no necesariamente cubriendo la totalidad de dicho rango. Dicho emisor ilumina la superficie de una porción de vino, por ejemplo el contenido en una copa. La luz que es reflejada por el vino es recibida por un elemento fotosensible que está integrado en un chip y que consta de varios fotoreceptores, típicamente entre 6 y 20 fotoreceptores, cada uno de ellos ajustado a una banda de longitud de onda diferente y de aproximadamente 20 nm de ancho. Para ajustar a una banda específica se utiliza típicamente un filtro de interferencia. De esta manera se obtiene un vector cuyos elementos cuantifican la intensidad de la luz reflejada por una muestra de vino en cada una de las bandas de longitudes de onda que están calibradas en el fotoreceptor.

La segunda manera de realizar la invención, obtiene la separación de bandas de longitud de onda mediante la iluminación sucesiva de la superficie del vino por LED que tiene cada uno de ellos un máximo de emisión de fotones en una longitud de onda específica, por ejemplo 420, 520, 620 y 740 nm. El dispositivo integra un fotoreceptor de amplio espectro que registra la intensidad de la luz reflejada para cada longitud de onda. De esta manera se obtiene un vector cuyos elementos cuantifican la intensidad de la luz reflejada en cada una de las bandas de longitudes de onda de los LED empleados para iluminar la muestra de vino.

Una tercera manera de realizar la invención consiste en la utilización de las fuentes de iluminación y de los fotoreceptores utilizados en la primera y en la segunda maneras de realizar la invención. En esta tercera manera se obtiene un vector cuya dimensión es la suma de la cantidad de canales obtenidos mediante la primera manera de realización más la cantidad de canales obtenidos mediante la segunda manera de realización.

El proceso de iluminación del vino y de la captura de la luz reflejada está gestionado por un microcontrolador que tiene la capacidad de enviar los resultados a un teléfono. La implementación del algoritmo clasificador puede estar a cargo del mismo microcontrolador o bien estar a cargo de una aplicación ejecutada en el teléfono. El algoritmo recibe el vector de intensidades de luz reflejada, eventualmente con un procesamiento digital previo. El resultado del algoritmo clasificador es un conjunto de parámetros de interés tales como color, edad, acidez, contenido de taninos, pudiendo agregarse otros parámetros según la demanda de los usuarios y factibilidad técnica.

El teléfono despliega en la pantalla los resultados del clasificador y ofrece la posibilidad de adquirir latitud y longitud del lugar en que se realiza la medición y luego ofrece la posibilidad de compartir dichos datos por correo electrónico o mediante aplicaciones de redes sociales. Descripción de los dibujos

La figura 1 gráfica los componentes físicos del sistema. Un recipiente (101) contiene una cierta cantidad de vino (102). Una caja (103) contiene en su interior la electrónica completa del dispositivo sensor. Desde esta caja uno o varios emisores de luz envían luz incidente (104) sobre la superficie del vino. Dicho vino refleja luz (105) que es capturada por uno o más fotoreceptores contenidos en la caja (103).

Los resultados se muestran en un teléfono (106) en el cual se ejecuta una aplicación ad hoc para recibir la información y desplegarla al usuario.

La figura 2 muestra un esquema simplificado del circuito electrónico contenido en la caja (103). Sobre la placa de circuito impreso se encuentran montados en superficie 4 LED (107) (108) (109) y (110). Cada uno de ellos emite luz según una distribución gaussiana de la amplitud y tiene su máximo en una longitud de onda determinada y conocida. También se encuentra un emisor de luz de espectro amplio (111). Un arreglo de fotoreceptores (112) tiene como función medir la intensidad de la luz reflejada. Cada uno de los elementos de este arreglo contiene un filtro de interferencia ajustado a una longitud de onda específica, excepto uno de los fotoreceptores que responde a un rango amplio de longitudes de onda y que debe cubrir al menos el rango de longitud de onda de los LED (107) (108) (109) y (110).

Un microcontrolador (113) gestiona el proceso de iluminación del vino y de medición de la intensidad de la luz reflejada. También realiza un procesamiento de los datos adquiridos. Un módulo de transmisión (114) realiza la conexión con un teléfono y envía los datos según los comandos del microcontrolador (113).

La figura 3 detalla la secuencia de operaciones del método. Comienza iluminando la muestra con fuentes de luz visible y/o infrarrojo cercano. La luz reflejada por la muestra de vino es recibida por los fotoreceptores. Luego se procesa el espectro separando los canales y se construye el vector de intensidades de luz recibida en cada banda de longitud de onda.

De este vector se extraen patrones mediante un procesamiento numérico y el vector resultante es procesado por un algoritmo clasificador de inteligencia artificial, preferentemente mediante una red neuronal. El resultado del clasificador se despliega en la pantalla de un teléfono donde es visualizado por el usuario.