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「世大智科/天才家居」-我們創業囉
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作者: 戴志穎、張喨逢、張凱維、林彥豪、徐業良(2016-05-14);推薦:徐業良(2016-05-14).
附註: 本文發表於2016福祉科技與服務管理國際研討會暨大師級講座.

「天才家居」物聯網資訊架構建置

研究背景與目的

老人福祉科技產業可視為「銀髮產業」的一環,重點在開發科技含量較高的產品與服務,具有一定的技術內涵與創新性,而非一般性生活日用品/服務,或技術已十分成熟的產品。老人福祉科技產業不同於醫療器材或輔具產業,訴求的消費者、使用者不只是醫護人員、病人或身心障礙者,而是更廣泛的高齡者和其子女、家人、照護者;老人福祉科技產品∕服務設計目的也不局限於醫療照護或失能輔助,而是面對高齡者整體生活面向完整需求的設計,高齡者「智慧生活」的設計。

物聯網(Internet of Things, IoT)結合各種感知裝置,創造新的服務模式,其中建構智慧生活空間是最重要應用之一。根據國際數據資訊(IDC)2014年的預測,台灣的物聯網市場規模將從2013年的1.5億美金增長到2017年的2.9億美金,年複合成長率達19%,並預估2020年全球物聯網市值將達1.7兆美元(國際數據資訊公司,2013)。物聯網的應用包括智慧家庭、智慧運輸、智慧醫療、智慧能源、智慧工業等,其中智慧家庭是目前發展最成熟,許多廠商也陸續推出市售產品。

目前國內市售的智慧家庭產品多半以環境感測、安全監測、環境控制等功能為目的,例如「華碩智慧居家」、「中華電信智慧家庭」、「費米智慧家庭」與「中磊智慧家庭控制」等均以安全為需求出發,利用物聯網技術,將家中的即時安全資訊發送至消費者的智慧型裝置。感測器包括智慧門鎖、門窗感應器、智慧警報器、溫濕度感應器、智慧插座,所有的感測器需與智慧閘道器(smart home gateway)ZigBee無線通訊連結,智慧閘道器再透過家中的有線網路或Wi-Fi與雲端伺服器交換資訊,最後以智慧型裝置作為整體的介面顯示。

智慧家庭、物聯網儘管技術上已經相當成熟,卻在一般家庭中應用仍然並不普及,環顧生活周遭,更鮮少看到真正的物聯網產品。物聯網發展居家應用尚有兩項使用者經驗的問題:

(1)       智慧家庭產品以單純感測器的形式存在,仍然停留在高端科技產品的形象,並未融入居家生活的一部份,使用者接受度較低;

(2)       目前市售智慧家庭產品大部份採用整體平台式的架構,最大困難是整合各廠牌產品的感測器資訊,不同廠牌的閘道器皆使用自家的通訊協定與規範,造成通訊方式的不統一性,使得各廠商的感測器無法共用。

本研究將以使用者角度設計與開發一以居家日常用品、傢俱為產品的物聯網資訊架構,並實現感測層、網路層、應用層技術模組化,建立開發的可能性,並持續以此架構導入更多的居家產品,建立後續整體智慧家庭平台。

研究方法

本研究設計之“Body-Cerebellar-Brain” (BCB)資訊架構清楚的劃分了物聯網架構中的三個部分,並因應目前物聯網技術近端互動應用的不足,提供一「類物聯網技術」架構。BCB架構提供高度客製化、參數化、以及修改、擴充彈性,適合多元應用與互動情境,更加速了各項產品與功能的開發。以產品的觀點,共用相同的資訊架構,共享電子元件與資訊系統,減少研發與材料成本,資訊架構的一致性也有利於產品後續的管理與維修。

如圖1所示,BCB架構中「身體(body)」是指如床墊、床架、巧拼、地墊、坐墊等現有居家生活產品,核心技術在於如何利用現有材料與居家生活產品開發成為感測器,而非額外加入電子式測器;產品中內建的微處理器是「小腦(cerebellar)」,僅負責接收、傳輸感測訊號和致動訊號。元智大學老人福祉科技研究中心以BCB資訊架構需求,開發了兩個不同功能的微處理器:遠端應用中的SE Board以內建Wi-Fi透過居家環境中的無線路由器與雲端伺服器溝通;近端應用則採用RB BoardBLE和行動裝置溝通,此「類物聯網技術」架構中,感測器資訊利用智慧型裝置為資料傳遞的閘道器。系統的智慧建置在「大腦(brain)」,遠端應用的「大腦」建置在雲端各類資料儲存及分析演算法,以智慧型裝置作為使用者介面,應用Google cloud messaging (GCM)服務將服務訊息推播給預先註冊之智慧型裝置;近端應用的「大腦」則建置在智慧型裝置應用軟體App中,使用者亦可利用智慧型裝置App將相關感測資訊或使用狀況訊息上傳系統雲端資料庫或轉貼於Facebook

1. Body-Cerebellar-Brain產品架構

結果與討論

BCB資訊架構已經被應用於「天才家居」系列(Whiz Series)產品開發,包括天才床墊(WhizPAD)、天才地墊(WhizCARPET)、天才座墊(WhizSEAT)、天才玩具(WhizTOYs),以及其他智慧生活IoT產品開發,充分發揮BCB架構技術與硬體共享的優勢。其中天才床墊(WhizPAD)已在各大百貨通路販售,以原本舒適的床墊搭載BCB資訊架構,可以感知使用者的臥床活動,利用家中Wi-Fi傳送至雲端伺服器進行分析,提供睡眠品質監測、臥離床提醒等功能;除此之外,WhizPAD也銷售進入醫院和安養院,主要訴求功能是防褥瘡及離床感知,降低病患褥瘡及跌倒發生率。

相較於市面的智慧家庭平台式產品,天才床墊為為獨立商品,單一產品在居家環境及可獨立運作。目前BCB資訊架構僅能在智慧型裝置介面上提供資料顯示與查詢,尚無法判斷感測資訊後,對另一物聯網裝置傳送控制指令。M2M (Machine to Machine)技術是物聯網理想架構很重要的一環,是使得智慧家庭更智慧的關鍵技術,也是未來本研究持續發展的目標。

參考文獻

1.          國際數據資訊(2013)2014年台灣ICT市場十大趨勢預測。取自:http://www.idc.com.tw/about/431.html