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作者:張維益、張凱維、劉育瑋、徐業良(2013-04-25);推薦:徐業良(2013-04-25)
附註: 本文發表於2013福祉科技與服務管理國際研討會暨大師級講座,元智大學,桃園,台灣,20130425

適用於居家環境之活動感測地墊開發與應用

1.      研究背景與目的

高齡者的行動能力(mobility)是檢視其健康狀態與生活獨立性的重要評估項目。評估高齡者行動能力除了使用問卷或量表外,亦可藉由感測技術量測、分析,以量化的長期資料提供更客觀的評估結果,並具有非干擾性與非察覺式的特性。目前居家活動監測主要可由兩類感測器達成:「空間感測器(ambient sensor)」與「可穿戴式活動感測器(wearable motion sensor)」。可穿戴式活動感測器則配戴於身體的特定部位,可透過單一或多個感測器量測身體或肢體活動時的運動特徵,例如行走時的活動強度、速度等。空間感測器則裝設於特定居家空間內,常以數個或數種感測元件偵測人員於居家環境內的特定活動特徵,以及人員與環境的互動關係,例如待在某個房間內的時間、次數,或從某個房間移動到另一個房間的情形。

空間感測器所能提供的監測資料主要可歸類為人體位置與活動感測、居家設備使用感測及環境參數感測等三大類。其中人體位置與活動感測主要在瞭解高齡者與居家空間環境的互動關係,也與受測者的行動力有較直接的關聯。被動式人體紅外線感測器是最典型用以偵測人體位置與活動的感測器,可偵測高齡者於居家環境中的位置(如客廳、廚房等)、室內移動(如從客廳走至廚房),以及顯著的活動次數等資訊。內置於地毯或走道上的壓力感測元件、光電開關,以及影像擷取裝置,也可以用來偵測高齡者的居家活動。

本研究開發一套適用於居家環境的活動感知地墊,具有室內區域定位、活動頻率監測與跌倒偵測等三項功能。感知地墊由巧拼形式的感測單元組成,可視居家環境實際需求自由拼裝;透過後端資通訊系統整合,遠端子女、照護者可透過行動裝置監測高齡者目前的活動狀態及歷史記錄,當跌倒事件發生時亦能主動提醒照護者及時進行處理。感知地墊以吸震、防滑、防水材料製作,適用於居家環境長期、連續性監測。

2.      研究方法

本研究開發之活動感知地墊感測單元,將特殊的導電橡膠材料設計成為一壓阻式感測器,地墊受壓力的程度將影響導電材料層間的接觸品質,受壓力越大時,感知地墊單元輸出電阻越低。圖1為所受壓力與活動感知地墊感測單元的輸出電阻值之關係,偵測的壓力範圍為0.30~0.5kg/cm2(人體平均體重為66公斤,其站立時平均腳掌面積約為200cm2,假設地面實際受壓面積為其腳掌面積的40%~60%,其壓力範圍為0.28~0.41kg/cm2),可應用於感測人體的活動。

模組化設計的感測單元內建一微處理器,除了協助感測訊號接收與分析外,感知地墊各感測單元拼裝完成後,也透過各處理器所建立的通訊匯流排進行資料傳輸。如圖2所示,一組活動感知地墊有一同時具有感測與資料接收功能的“Master”(圖中紅色地墊),使用者僅需將地墊拼裝連接匯流排(圖中黃色的線段),Master即可供電給各個感知地墊(Slave),並進行資料傳輸與溝通。Master的微處理器並內建“auto mapping”演算法,使用者自由拼裝完成後Master可自動察知各感測單元相對位置,並回報、呈現在軟體介面上。

             

    1. 壓力與電阻值關係                     2. 地墊內部資料傳輸方法

本系統資訊架構如圖3所示,Master後端連接分散式資料伺服裝置(Distributed Data Server, DDS)執行資料儲存與網際網路通訊功能;DDS會定時向Pairing System回報目前近端網路IP位置,當使用者在Pairing System上註冊使用者帳號後,遠端照護者可由Pairing System取得DDS IP,以行動裝置直接透過網路登入DDS,瀏覽活動感知地墊系統的即時與歷史監測資料。

3. 活動感知地墊系統資訊架構圖

3.      結果與討論

本研究活動感知地墊已完成之活動感知地墊之原型(圖3左)與資訊系統,目前正進行商品化開發中。如上圖3右所示,遠端照護者使用行動裝置開啟APP登入並註冊帳號,便可連結DDSIP位置,註冊成功後即可瀏覽高齡者即時資料,包括是否踩踏在活動感知地墊上、過去一分鐘活動次數等。配合相關演算法的開發,活動感知地墊亦可即時作跌倒判斷(如圖3右下)。

透過本研究開發之活動感知地墊,遠端子女或照護者可透過網際網路監測高齡者日常生活模式與異常事件的發生,進而提供及時的日常生活照護與關懷,協助減少高齡者意外事件的發生與降低高齡者生活孤立的感受。結合不同應用系統,活動感知地墊可擴展其未來之應用,例如基於活動感知地墊自由拼裝、Auto mapping、活動感知等基本功能,可提供開發者開發各種多元互動遊戲App,成為互動設計的基本硬體平台