Chronione innowacje z zastosowaniem sztucznej inteligencji w przemyśle spożywczym i rolnym


W ostatnich kilkudziesięciu latach znacznie wzrosła populacja ludzi na świecie. W związku z tym zwiększyło się znacznie światowe zapotrzebowanie na żywność i napoje. Zdrowie i długość życia miliardów ludzi zależy od przemysłu spożywczego i rolnego, szczególnie jego wydajności i jakości wytwarzanych produktów. Nic więc dziwnego, że równie szybko jak do innych obszarów przemysłu, w przemyśle spożywczym i rolnym zaczęto adaptować najnowsze technologie takie jak sztuczne sieci neuronowe oraz inne inteligentne algorytmy matematyczne, zdolne do rozwiązywania złożonych problemów w czasie rzeczywistym.


W skrócie, sztuczne sieci neuronowe są matematycznymi algorytmami, naśladującymi koncepcję budowy i działania ludzkiej sieci neuronowej, dzięki czemu są zdolne do nauczenia się rozwiązywania przypisanych do nich problemów, takich jak podejmowanie decyzji, klasyfikowanie, rozpoznawanie wzorców, optymalizacja procesów, itp. W wielu przypadkach mają zdolności zauważania relacji pomiędzy pewnymi danymi, których nie jest w stanie dostrzec człowiek.

Dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji w branży spożywczej i rolnictwie zwiększa się ciągle wydajność produkcji, poprawia się znacząco jakość produkcji a także zmniejsza się niekorzystny wpływ na środowisko.


Aby rozwój techniczny ciągle postępował również w branży spożywczej i rolnictwie, w umysłach licznych inżynierów musiały powstać i powstają wynalazki, które zapewniają czasami milowy postęp w danej technologii.
Te wszystkie nowe rozwiązania techniczne są własnością intelektualną, która ma przeliczalną wartość materialną. Dlatego też przed ich wprowadzeniem na rynek i zastosowaniem komercyjnym wielu przedsiębiorców decyduje się na dokonanie zgłoszeń patentowych, które mają dać im w rezultacie monopol na wykorzystanie wynalazku, a w konsekwencji zapewnienie sobie przewagi konkurencyjnej.


Taką praktykę można zaobserwować również w przemyśle spożywczym i rolnym. W ostatnich dwudziestu latach zaobserwowano znaczący wzrost zgłoszeń patentowych w branży spożywczej i rolnictwie. Dla przykładu, jak wynika ze statystyk Światowej Organizacji Własności Intelektualnej [1], w 2008 dokonano w dziedzinie chemii spożywczej około 23,5 tysiąca zgłoszeń patentowych na całym świecie, w 2013 liczba ta przekroczyła już 42 tysiące, a w 2018 roku osiągnęła poziom prawie 70 tysięcy.


Podobny gwałtowny wzrost zgłoszeń patentowych obserwuje się dla branży spożywczej i rolnictwa jeśli chodzi o rozwiązania techniczne z wykorzystaniem sztucznej inteligencji. Pomimo, iż nakłady finansowe do momentu uzyskania patentu europejskiego są dosyć duże, i wahają się zakresie kilkudziesięciu tysięcy złotych dla polskich przedsiębiorców z uwzględnieniem opłat urzędowych i kosztów usługi europejskiego rzecznika patentowego (bez kosztów walidacji), to ponieważ koszty te rozkładają się na kilka lat, coraz więcej podmiotów decyduje się na ten krok.


Ochrona patentowa rozwiązań z wykorzystaniem sztucznej inteligencji budzi ciągle bardzo duże emocje, gdyż wymaga w wielu przypadkach nowego podejścia, jeśli chodzi o praktykę urzędów patentowych. Aktualnie praktyka badania i oceny głównych kryteriów zdolności patentowej rozwiązań technicznych z wykorzystaniem inteligentnych algorytmów matematycznych, w tym sieci neuronowych jest w miarę ustabilizowana i ujednolicona na całym świecie. Wiele urzędów wydało specjalne przewodniki, w których opisuje co, i w jaki sposób będzie oceniane w przypadku zgłoszeń patentowych dotyczących wykorzystania sztucznej inteligencji [2].


Jeśli chodzi o branżę spożywczą i rolnictwo, zgłoszenia patentowe, w których wspomina się o zastosowaniu sieci neuronowych można podzielić na klika grup w zależności od typu przetwarzanych przez sieć neuronową danych oraz celu ich wykorzystania.


Najliczniejszą grupą w omawianej branży są rozwiązania z wykorzystaniem tzw. widzenia komputerowego (ang. computer vision), w których sieci neuronowe stosuje się do analizy zebranych danych obrazowych celem zidentyfikowania i klasyfikowania przykładowo produktów rolnych czy też monitorowania procesu produkcji żywności, w tym pakowania. I tak sieci neuronowe potrafią na podstawie danych z obrazów (geometrii, rozmiaru, koloru itp.) określić stopień dojrzałości owoców, sortować produkty, czy też wykryć zepsute produkty rolne.

W 2011 roku PELLENC SA [FR] uzyskała patent europejski EP2188067 [3] na maszynę sortującą jagody. Już w 2004 roku FOSS ELECTRIC AS [DK] uzyskała patent europejski EP1226431 [4] na określanie stopnia zawartości tłuszczu w mięsie na podstawie analizy zdjęć rentgenowskich.


Liczne są też zgłoszenia patentowe dotyczące kontroli procesu pakowania żywności, w tym szczelności czy też jakości opakowań. Dla przykładu w roku 2014 chiński uniwersytet w Hunan próbował opatentować w Chinach w ramach zgłoszenia krajowego CN201611263499 [5] sposób wykrywania defektów poddanych recyklingowi szklanych butelek do piwa z wykorzystaniem sieci neuronowej typu PCA i BP.

Sieci neuronowe dzięki umiejętności analizy obrazów rozwiązują też inne ważne problemy. W dobie rosnących wymagań konsumentów dzięki m.in. analizie obrazów produktów rolnych można wykrywać i klasyfikować ich pochodzenie geograficzne, dzięki czemu możliwie staje się zapewnienie, że szczególnie pożądane produkty regionalne nie są podróbkami i mają jakość deklarowaną przez producentów.


Monitorowanie z wykorzystaniem widzenia komputerowego ma również bardzo duże znaczenie dla rolnictwa. Sieci neuronowe analizują obrazy z pól uprawnych m.in. w celu oceny stopnia wzrostu roślin, pojawiających się szkodników, jakości i stanu gleby itp.

W 2020 firma BASF SE [DE] roku uzyskała patent europejski EP3455782 [6] na sposób wykrywania i diagnozowania chorób roślin.

Analizujące obraz sieci neuronowe stają się również powszechną technologią w procesie zbioru plonów. W zakresie hodowli zwierząt widzenie komputerowe umożliwia nadzorowanie przyrostu zwierząt czy ich stanu zdrowia. Dla przykładu w 2020 roku na rzecz PHYTOBIOTICS FUTTERZUSATZSTOFFE GMBH [DE] został udzielony patent europejski o numerze EP3659433 [7] na rozwiązanie, w którym monitoruje się ekskrementy zwierząt hodowlanych dla wczesnego wykrywania stanu zagrożenia ich zdrowia m.in. w celu eliminacji liczby podawanych antybiotyków.


Inne grupy rozwiązań stanowią wynalazki, w których sieci neuronowe analizują dane innego typu niż dane obrazowe, przykładowo dane z czujników opisujące skład chemiczny produktu, dane spektrogramu fluorescencyjnego, dane z próbek materiału biologicznego czy też dane z czujników pomiarowych monitorujących różne parametry procesu produkcji a także umożliwiające sterowanie maszynami rolniczymi.

W 2019 roku EMBRAPA PESQUISA AGROPECUARIA [BR] uzyskała patent europejski [8] na wykrywanie chorób cytrusów na podstawie danych ze spektroskopii fluorescencyjnej. Również w 2019 roku DOW AGROSCIENCES LLC [US] uzyskał patent europejski EP2449510 [9] na analizę markerów materiału genetycznego roślin oraz zwierząt do celów klasyfikacji i predykcji. W 2017 roku Urząd Europejski udzielił na rzecz METABOLOMIC DISCOVERIES GMBH [DE] patentu o numerze EP2818861 [10] na rozwiązanie umożliwiające określenie stopnia zawartości cukru w warzywach korzeniowych na podstawie analizy składu metabolitów.


Przykłady udzielonych patentów chociażby w Europie, można cytować bardzo długo. Ważne jest w tym wszystkim to, że własność intelektualna w branży spożywczej i rolnej oparta na wykorzystaniu najnowszych technologii dotyczących sztucznej inteligencji może być skutecznie chroniona.
W procesie uzyskiwania praw inżynierzy oraz kadra zarządzająca współpracują z rzecznikami patentowymi, aby jak najlepiej dobrać zakres potrzebnej ochrony. W Polsce pomoc prawną w tym zakresie można uzyskać w kancelariach zatrudniających rzeczników patentowych. Należy pamiętać, że możliwe są różne strategie ochrony jeśli chodzi o rodzaj i zasięg procedury uzyskiwania prawa z patentu. Patent można uzyskać jedynie na terytorium Polski w procedurze krajowej, ale również na innych terytoriach m.in. w procedurze europejskiej i międzynarodowej.


Na koniec należy wspomnieć, że to m.in. dostępność ochrony patentowej dla inteligentnych i nowoczesnych rozwiązań w branży spożywczej i rolnej zachęca podmioty do licznych badań oraz rozwijania przełomowych urządzeń i usług. W bazach patentowych każdego roku rośnie liczba publikacji w tym zakresie. Analizując dzisiejszą skalę produkcji rolnej i przetwórstwa, wydaje się, że to właśnie dzięki sztucznej inteligencji przemysł spożywczy i przetwórczy oraz hodowlany będzie w stanie nadążyć za potrzebami i wymaganiami ciągle rosnącej rzeszy ludzi.

Autorka: Weronika Witkowska, europejski rzecznik patentowy w Patpol

[1] https://www.wipo.int/edocs/pubdocs/en/wipo_pub_941_2019.pdf
[2] https://www.jpo.go.jp/e/system/laws/rule/guideline/patent/document/ai_jirei_e/jirei_e.pdf
[3] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/039167793/publication/EP2188067A2?q=EP2188067
[4] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/008105616/publication/EP1226431A2?q=EP1226431
[5]
https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/059116692/publication/CN106841212A?q=CN201611263499
[6] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/056068688/publication/EP3455782B1?q=EP3455782%20B1
[7] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/064564725/publication/EP3659433B1?q=EP3659433%20B1
[8] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/042268199/publication/EP2376897A1?q=EP2376897

[9] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/042685709/publication/EP2449510A1?q=EP2449510

[10] https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/048698932/publication/EP2818861A1?q=EP2818861

Polecamy również: