making aal a reality from birth of aal to large scale...
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© 2016 Reiner Wichert
Making AAL a reality – from birth of AAL to large scale
pilots and beyond
Dr.-Ing. Reiner Wichert
Assisted Home Solutions GmbH
CRISP - Center for Research in Security and Privacy
Tel +49 160 586 1454
r.wichert@assistedhome.de, reiner.wichert@crisp-da.de
© 2016 Reiner Wichert
Seine Arbeitsgebiete
Seit 1986 befasste er sich mit sogenannter
Rehabilitationstechnik oder moderner gesagt mit
„Assistierenden Technologien = AT“
Seit 2005 liegt sein Schwerpunkt auf
Technologieentwicklungen für
„Active und Assisted Living = AAL“
Wolfgang Zagler
p.2
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Demografische EntwicklungStatistisches Bundesamt 2016
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© 2016 Reiner Wichert
5. Deutscher AAL-Kongress
Technik für ein
selbstbestimmtes Leben24. – 25.01.2012
Quelle: www.gesundheitsstadt-berlin.de/
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© 2016 Reiner Wichert
Bevorzugte Wohnformen der Senioren
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Quelle: Fraunhofer IESE
Technologien: Integration Haustechnik
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(2010)
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inHaus-Konzept: assistive AAL-Badezimmer (inBath)
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Quelle: Fraunhofer IMS
1. Interactive Mirror
2. Adjustable in height
3. Medicine suspensor
4. Touchless water
tab
5. Soap dispenser
6. Toilet with shower
functionality
7. Toothbrush
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Robotik: z.B. Care-O-bot 3
Produktvision eines mobilen Serviceroboters zur
Unterstützung des Menschen im täglichen Leben
Fähigkeiten
zuverlässige Wegfindung zum Ziel
greift unterschiedliche Haushaltsgegenstände
Gegenstände übergeben
Einsatz als interaktiver Butler: Aufnehmen von
Bestellungen und Zustellung
In Japan: großer Forschungsschwerpunkt
Siehe www.care-o-bot.de
Quelle: Fraunhofer IPA
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Beschleunigungssensoren in Uhr
Aktivitätsmonitoring
Quelle: Fraunhofer IAO
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Doch was gibt es bisher ?
Musterhäuser sind viele zu finden, die oft nicht bewohnt sind
In realen Umgebungen meist nur:
barrierearme Umsetzung
Energieeinsparung
Mehrgenerationshäuser
wenige haben soziale Einbindung durch Technologie (z.B. Kalendersysteme,
Skype)
Oft nur aktives Notrufsystem
Es gibt bisher nicht wirklich ein funktionierendes günstiges passives
Notrufsystem
entweder Funklösungen oder teure Buslösungen
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Der aktive Hausnotruf
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…nach Schlaganfall 12h unentdeckt am
Boden in der eigenen Wohnung
…12 Stunden Atemnot und permanente
Erstickungsangst ohne Hilfe und
Ansprache
…nachts in der Toilette gestürzt, am nächsten
morgen von der Putzfrau gefunden
…in der Wohnung verbrannt - Herd
vergessen abzuschalten
…Herzinfarkt des Ehepartners nach zwei
Jahren privater häuslicher Pflege
...seit fünf Tagen die Wohnung nicht mehr
verlassen – nur ein grippaler Effekt?
… und so viel mehr
Quelle: www.kvberchtesgaden.brk.de
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…warum der Hausnotruf (aktiver Alarm) nicht ausreicht und in den
meisten Fällen nicht benutzt wird…
Extrem ineffiziente
Alarmkette
Nur 10% sind medizinische
Notfälle
20% betreffen harmlose
Vorkommnisse
30% sind Fehlalarme oder Fragen
30% sind rein sozialer Natur*
* Johanniter-Zentrale in Berlin
n = 16.500 Hausnotruf-Teilnehmer
http://deutsch.medscape.com/artikel/4902189
Warum er nicht benutzt wird
Nur in 25% der Notfälle wird er
aktiviert
nicht mehr erreichbar
in der Stress-Situation vergessen
Scham vor den Nachbarn
Angst ins Krankenhaus oder
Pflegeheim zu müssen
„es wird schon nicht so schlimm sein“
zu spät …
rein Ereignis gesteuert – keine Trends
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Erweiterung des aktiven Hausnotrufs
Wer integriert die Sensoren, wer übernimmt die Garantie dass die Sensoren
und Aktoren vernünftig angebracht sind und ausgewertet werden (Regeln)?
z.B. Mittagsschlaf ohne Alarm
Rauchmelder
ab 6,00 € pro Monat
Falldetektor
zzgl. 14,90 € pro Monat
Bewegungsmelder
zzgl. 7,50 € pro Monat Wassermelder
auf Anfrage
Gasmelder
auf Anfrage
Epilepsie-Sensor
auf Anfrage
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Nächster Schritt: Verknüpfung von Sensoren und …
Sensoren für das Smart Home
Tür- und Fensterkontakte
Brandmelder
Bewegungsmelder
Verbrauchsdatenerfassung
Kameras im Eingangsbereich
Wireless Sensor ModuleQuelle: Fraunhofer IZM
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… Aktoren
Rolladensteuerung
Fenstersteuerung
Beleuchtungssteuerung
Herdabschaltung
Notrufsysteme: Funkfinger“
Rufhilfe-System aus Basisstation und Notrufsender
Quelle: GIRA
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Der passive Hausnotruf Bodenlokalisierung und
Sturzerkennung
Ein Drittel der Menschen über 65 stürzt einmal pro Jahr
Bei 20% ergeben sich daraus Mobilitätseinschränkungen
Quelle: Fraunhofer IGD
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Quelle: Fraunhofer IMS
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(2008 – 2011)
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Klassifizierung Protokolle
Vergleich unterschiedlicher Installationsarten
NameProgrammier-
AufwandErweiterbarkeit Reichweite Zuverlässigkeit Preise*
Busbasiert(z.B. KNX, EEBus) -- + ++ ++ --
SPS -- + ++ ++ o
Drahtlos(z.B. z-Wave, ZigBee) ++ ++ - o ++
*Installationskosten je Wohnung in Weiterstadt im Wohn- und Quartierzentrum:
KNX: 15.000 – 20.000; WAGO-SPS: 10.000 – 12.000; Drahtlos 5.000 – 6.000 €
Bestes Kosten-Nutzen-Verhältnis
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Funkbasierte Sensoren und Aktuatoren
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Wassersensor
Wasserflusssensor
Schaltbare
FunksteckdosenHerdabschaltung
RauchmelderBewegungsmelder
Türkontaktschalter
Funkthermo-
statkopf
Funkjalousienschalter
Funklichtschalter
Schaltbarer
ZwischensteckerFunkrelais
Bettbelegungssensor
Nachtlicht
viele of-the-shelf-Komponenten: Preise fallen sehr stark
Quelle: amazon.de
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Vermarktung nur für „Alte“ und „Kranke“
Lösung ?
Sauerstoffsättigung im Blut
Pulswellenkurve
Optische/Akustische Alarme
Pulsmessung
Drahtlose EKG-Messung
Atemfrequenz-Messung
5 10 15 20 25
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
Am
plitu
de
RED
IR
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20088
90
92
94
96
98
100
SpO2 comparison
Masimo
OxiLight
5 10 15 20 25
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
Am
plitu
de
RED
IR
Quelle: Fraunhofer IIS
Fraunhofer IZM
Fitness Babies
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Problem: Nutzen muss beim Verkauf im Vordergrund stehen!
Monitoring: Geringe Akzeptanz wegen Privatsphäre
und Datenschutz
ACHTUNG: Überwachung!
Ist eine Akzeptanz nur vorhanden wenn der Nutzer
entscheiden kann, ob und welche Daten die
Wohnung verlassen dürfen ?
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Quelle: www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/amazon-lautsprecher-echo-reagiert-auf-sprachbefehle-a-1001527.html
Problem: Wunsch nach Privatsphäre wird oft unterschätzt
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Quelle: www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/samsung-warnt-vor-eigenen-smart-tv-geraeten-a-1017447.html
Problem: Wunsch nach Privatsphäre wird oft unterschätzt
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Big players are collecting lots of data
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Amazon
Samsung
GOOGLE Telekom
Bosch
Siemens
Bad
Diele
Küche
Wohnen
Schlafen
Die Privatsphäre wird verkauft!nächtl. Toilettengangaufgestanden
Wohnung verlassenduschen
kochen und essenentspannen
Wohnung betreten
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nächtl. Toilettengangaufgestanden
Wohnung verlassenduschen
kochen und essenentspannen
Bad
Diele
Küche
Wohnen
Schlafen
Wohnung betreten
Personalisiert und autorisiert
(Zu langer Badaufenthalt)
Kommunales Dienstleistungszentrum und ambulante Dienstleister
Private CloudDie Daten gehören dem Bewohner!
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Das entscheidende Kriterium für die Qualität von Assistenzsystemen
ist die sichere Unterscheidung von Inaktivität und Abwesenheit
Wird nicht zwischen Inaktivität und Abwesenheit unterschieden führt dies zu
einer unakzeptabel hohen Fehlalarmrate – ein klares KO-Kriterium
Deshalb muss Inaktivität und Abwesenheit unterschieden werden
Mit aktueller Sensorik nicht ausreichend machbar Erweiterung um neue
Sensorik
Für den Bewegungsmelder ist dies dasselbe
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anwesend: aktiv Bewegung wird erkannt
anwesend: inaktiv Keine Bewegung erkannt
abwesend Keine Bewegung erkannt
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Vergleich Sensortechnologien*
Name Application DomainsEnvironmental
InfluencesDetection Range Processing Complexity Unobtrusiveness
Capacitive proximity
sensing
Indoor localization,
smart appliances,
physiological sensing,
gestural interaction
Electric fields,
conductive objectsNear distance (< 100cm)
Few high dynamic range data
sources
Invisible integration
possible
Capacitive touch
sensing
Smart appliances,
physiological sensing,
gestural interaction
Electric fields,
conductive objectsTouch Few binary sensors
Thin cover above
electrodes
RGB cameras
Indoor localization,
smart appliances,
physiological sensing,
gestural interaction
Occlusion, external
lightsFar distance (> 10m)
Complex image processing
based on resolutionPinhole lenses
Infrared cameras
Indoor localization,
physiological sensing,
gestural interaction
Occlusion, external
infrared lightMedium distance (< 5m)
Complex image processing
based on resolution
Infrared source and
camera
Ultrasound sensing
Indoor localization,
smart appliances,
gestural interaction
Acoustic occlusion,
absorbing materialsMedium distance (< 5m)
Few low dynamic range data
sources
Emitter and senders
with exposed pinhole
speaker, microphone
Microphone arrays
Indoor localization,
smart appliances,
physiological sensing
Environmental noise,
absorbing materialsMedium distance (< 5m)
Very high dynamic range data
sources
Exposed pinhole
microphones
Radiofrequency
sensing (RF)
Indoor localization,
smart appliances,
gestural interaction
Other RF devices Far distance (> 10m)Few low dynamic range data
sources
Hidden emitters and
senders possible
*Quelle: Application and validation of capacitive proximity sensing systems in smart environments,
Braun, Andreas, Darmstadt, 2014, XVIII, 172 pp. Darmstadt, TU, Diss., 2014, URN:
urn:nbn:de:tuda-tuprints-41756
Akzeptanz
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CapFloor: Schlüsselanwendung als Basissystem
Einfacher Aufbau eines Grids passiver Elektroden
Die Sensorik am Rand in der Fußleiste nachrüstbar + austauschbar
Mutual-Capacitance Messung in den Schnittpunkten der Leiter (beispielhaft mit den Kreisen dargestellt).
Quelle: Fraunhofer IGD
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Verlassen des BettsBetreten des Betts
Bettbelegungssensor
Inaktivität durch Verbleiben im Bett: Bettbelegungssensor
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Schlaf-
zimmer
Wohn-
zimmer
Küche
Diele
Bad
Türkontaktschalter
Aktivität / Inaktivität
Bewegungsgmelder
Bettbelegungssensor
Dadurch können wir Inaktivität
von Abwesenheit unterscheiden!
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Verwendung derselben Infrastruktur aus Smart Home für unterschiedliche Domänen
… Verwendung zur automatischen Lichtsteuerung Komfort
… Verwendung für Heizung abschalten wenn Raum nicht benutzt Energie
… Verwendung zur Einbruchserkennung Sicherheit
… Verwendung zum Erkennen von Aufstehen bei Demenz Pflege
… Verwendung zum Erkennen von Inaktivität Gesundheit
… Verwendung zum Messen der Tagesaktivität Fitness
… Verwendung zum Messen der Erholungsphasen am Tag Wellness
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am Beispiel Bewegungsmelder
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Welche Installation ist sinnvoll? (Zuordnung nur begrenzt
möglich)
Gateway-Ebene
Plattform-Ebeneviele intelligente „Geräte“
Oberste Semantik-Ebeneviele Ontologien, Dienste-Dekomposition
Meta-Ebene
Sensoren + Aktoren
Dienste, APPs
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© 2016 Reiner Wichert
Welche Installation ist sinnvoll ? Lösung Semantik
Gateway-Ebene
Meta-Ebene
Sensoren Aktoren
Dienste, Apps
Oberste Semantik-Ebene
Ontology mapping,
Service decomposition
Plattform-Ebene
Viele intelligente „Geräte“
HW-Protokoll-Ebene
Situationen
„Bett verlassen“
Reaktionen
„alarmiere Pflegepersonal“
RegelnReuse Reuse
Reuse
Wenn „Bett verlassen“ dann
„alarmiere Pflegepersonal“
Wenn Adresse xxyyyy =1
dann setze bei Adresse xxyyzz = 0
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Forschungsansatz zum Interoperabilitäts-Standards
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2014
Consoli
dation
www.universaal.org
depot.universaal.org
forge.universaal.org
2010Era vor universAAL
vario
us “p
latfo
rm” p
roje
cts
Amigo
GENESYS
MPOWER
OASIS
PERSONA
SOPRANO
real-life
deployment
universAAL Roll-Out
with 30+ applications
and 6000+ users in
13 pilots in 9 countries:
DE, DK, ES, IT, NL,
NO, FR, SL, GR
www.cip-reaal.eu
2016
INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
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Beispiel: Pilotprojekt Weiterstadt
Wohn- und Quartier-Zentrum in Weiterstadt (bei Darmstadt)
Rund 100 Nutzer in 22 Apartments und 12 Demenz-WGs, Tagespflege,
Quartiersmanagement
Privater Investor: AJT WQZ GmbH
Partner: Stadt Weiterstadt, Diakonie Darmstadt, Deutsches Rotes Kreuz,
Fraunhofer IGD
15 komplexe Dienste umgesetzt auf universAAL
Somit ist WoQuaZ die einzige semantische Umsetzung mit vielen Diensten
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Koordination am Bau Architekt / Fachplaner
Dienste-Integration gsfdgGUIs, SPS-Programmierung, Szenarien, Situationen, Regeln
PlattformBeratung, Erweiterungen, Anpassungen, Plattform-Bridging
Installation GewerkeElektro, Heizung/Sanitär, Fliesenleger, Parkettleger, Maler
Produktion Sensoren / AktorenSensorhersteller
Planung
Fehlt die Kompetenz eines AAL-Fachplaners ?
AAL Fachplaner
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Alarmierung und Sicherheit: inkl. 10 individuell einstellbare Rufnummern, Anrufbeantwortungserkennung
Keine nächtliche Rückkehr ins Bett
Kein Aufstehen morgens
Nachtlicht mit LED-Band
Langer Badaufenthalt
Längere Abwesenheit von der Wohnung
Längere Bewegungslosigkeit
Raucherkennung und Abschaltung Herd und kritischer Steckdosen
Abschaltung Licht und Steckdosen in der Wohnung beim Verlassen
Langer Aufenthalt in einzelnen Räumen
Wohnung länger nicht verlassen
Wassererkennung auf dem Boden
Ventilatorsteuerung bei zu hoher Luftfeuchtigkeit
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Optionale Smart Home Erweiterungen: Fensterkontakte, Heizungssteuerung, Jalousiensteuerung
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Jalousiensteuerung wenn im Sommer zu warm in der Wohnung(zusätzlich Jalousiensteuerung notwendig)
Jalousiensteuerung zur Anwesenheitssimulation(zusätzlich Jalousiensteuerung notwendig)
Warnung beim Verlassen der Wohnung wenn Fenster geöffnet(zusätzlich Fensterkontakte notwendig)
Abschalten der Heizung bei geöffneten Fenstern (zusätzlich Heizungsteuerung,
Fensterkontakte notwendig - bei Fußbodenheizung ungeeignet)
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AAL ist viel umfassender und komplexer
als andere Bereiche
Betreutes Wohnen statt Altenheime
Neueste Zahlen in NRW zeigen,
Nachfrage bei Altenheime und
Pflegeheime ist stark rückgängig(7. DKM-Altenhilfekonferenz am 27.08.15)
Tagespflege
damit Angehörige arbeiten können
Umfassende Planung betrifft ganzes
Stadtviertel / Quartier
Nachhaltigkeit, weitere Synergieeffekte
Demenz-WGs
auch in letzter Pflegestufe noch in
gleicher Umgebung wohnen
Wohn- und Quartierzentrum Weiterstadt
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© 2016 Reiner Wichert
© 2016 Reiner Wichert
© 2016 Reiner Wichert
© 2016 Reiner Wichert
© 2016 Reiner Wichert
Zukünftige EntwicklungenTechnisch und Funktional
Technik
Internet of Things und IPv6 (jedes
technische Gerät hat eine IP Adresse)
und kann direkt gesteuert werden
GSM, Bluetooth und WLAN als
Wireless Infrastruktur
SmartPhones/TV als Kommunikations-
Controller
Lokale Rechenleistung auf Raspberry
PI u.a. wird stark wachsen
Sensoren/Aktoren werden deutlich
billiger (AliBaba Massen-Markt)
Funktional
Wohnung wird intelligent, betreut ihre
Bewohner und übernimmt Energie- und
Sicherheitsmanagement
Fusion Wohnen, Mobilität, Sicherheit
Hilfsmittel wie Bett, Rollstuhl und
Rollator werden intelligent
Medizinische Daten werden permanent
von Bett, Rollstuhl, Auto, etc. ermittelt
(Wetter, externe Ereignisse, Pollen und
Biodaten) Privatsphäre wird zum
zentralen Thema
Sicherheit (Datentransfer, Viren,
Phishing, Hackerangriffe) wird in der
intelligenten Wohnung immer wichtiger
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Cybersicherheitsforschung in DarmstadtKoordinierter Anforderungs-, Forschungs- und Transferstrategie in
kooperativen Verbünden und Projekten
400+ WissenschaftlerInnen
aus
47 Ländern
seit 2015:
Allianz:
Führender Standort dank
Anschub durch Land und Bund:
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»Digitale Welt« ist überallCybersicherheit: Grundvoraussetzung des Zusammenlebens in »Digitaler Welt«
Alle neuen Technologien, Dienste und Geschäfts-
modelle erzeugen zusätzliche Herausforderungen
für Sicherheit und Privatsphäre
Große Softwaresysteme – große Datenmengen
hunderte von Komponenten
Cyber-Physikalische Systeme
und Kritische (Internet-)Infrastrukturen, auch
globale mobile Plattformen
Verschmelzung von Domänen und der Systeme
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Digitalstrategie HessenBeratung hessische Wirtschaftsministerium
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Akteure und Aktivitäten vernetzen
Förderung und Umsetzung nachhaltiger
Innovationsprojekte
Kommunikation erfolgreicher Konzepte und
Praxisbeispiele
Visionen umsetzbar und Technik erlebbar
Bildungsangebote zu neuen Technologien
und Angeboten
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Betrachtung für Hessen und Deutschland
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Offene Platformen
KMUs können Dienste, Sensoren
und Geräte Controller-unabhängig
entwickeln müssen sich nicht auf
spezifische Hersteller verlassen
Dienstleister können die Hardware
tauschen
Training von Handwerkern wie
Elektriker oder Fachplaner
Beweis für Return of Invest bei
Pilotprojekten
Leichte Erweiterbarkeit
Wiederverwendung der
Infrastruktur für andere Domänen
Up-Scaling in ganzen Regionen
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Strategie Digitales Hessen: Bereich Wohnen und Leben
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Durch Digitalisierung wird sich Alltag in nahezu allen Bereichen verändern
Gegenstände werden smart, besitzen Funktionsvielfalt
Einzelgeräte werden sich zukünftig zu Gesamtsystemen vernetzen
Haus wird „Smart Building“: digitale Vernetzung von Haustechnik, Energie-,
Mobilitäts- und Medizintechnik, Unterhaltungselektronik, Alltagsgegenständen
komplexe Assistenzsysteme aus hunderten von häuslichen Geräten
erkennen Situationen der Bewohner, Unterstützung anhand ihrer Bedürfnisse
gigantischer Zukunftsmarkt
Zukünftig werden Gesamtsysteme vorausschauend agieren
sich an Veränderungen anpassen und selbständig Unterstützung anbieten
Einflüsse auf viele Bereiche des Lebens: Wohnen, Arbeiten, Freizeit
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Dr.-Ing. Reiner Wichert
AHS Assisted Home Solutions GmbH
Freiherr-vom-Stein-Straße 10
64331 Weiterstadt
Telefon: +49 160 586 1454
r.wichert@assistedhome.de
www.assistedhome.de
Vielen Dank!
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