ambient assited living (ambientes de domicílios assistidos)

A Abordagem Ambient Assisted Living(AAL)

Prof. Mario Dantas, PhD

Laboratório de Pesquisa em Sistemas Distribuídos (LaPeSD)Departamento de Informática e Estatística (INE)Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)

http://www.inf.ufsc.br/~mario

Email:[email protected]

Outubro, 2014

http://www.inf.ufsc.br/~mario

Email:[email protected]

Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos

ConsideraçõesFinais

Discussões

Sumário

1 Motivação

2 Resumo

3 Conceitos Básicos

4 Estudos de Casos

5 Considerações Finais

6 Discussões

Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 2/48

Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Motivação

Escopo: Cuidado de idosos (e outros) que vivam sozinhose requeiram cuidados (normais ou especiais)Custos:

Enfermidades controláveis (casa/hospital)Cuidados especializados (casa/hospital)Monitoração/Sem monitoração (Transporte emergência -Alocação em hospital)

Problemas operacionais nos números:De leitos x pacientesDe profissionais de saúde x pacientesCrescentes de idosos x custos


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Motivação

Em 2050, 20% da população mundial terá 60 anos ou mais.

UN Report, Department of Economic and Social Affairs, Population Division , 2001

http://www.un.org/esa/population/publications/worldageing19502050/


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Motivação

Usar nossos conhecimentos de TI para:

Uma integração de ambientes inteligentes e pessoas quedevam ser assistidas;Melhoria na qualidade de vida das pessoas;Melhor utilização dos sistemas de saúde.


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Motivação

Ambient (Inteligente) Assisted Living


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Resumo

A medida em que a população atinge um grau delongevidade maior, mais complexas e melhores soluçõesdevem ser propostas e utilizadas para a monitoração econtrole de pessoas doentes e idosas.

Nesta palestra vamos apresentar os conceitos relativos auma abordagem conhecida como Ambient Assisted Living(AAL), o qual permite com um maior grau de eficiência amonitoração e um maior grau de liberdade/individualidadea condição de uma pessoa vivendo em um ambienteassistido.


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Resumo

Importante observar o elevado grau de envolvimento desoluções de TIC e suas interfaces com especialistas dasáreas da saúde e segurança.

Finalizando, os estudos de casos indicam para uma fontede crowdsourcing nunca antes imaginada e que deve gerarum desafio de big-data e processamento distribuído eparalelo sem precedentes na história.


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Conceitos Básicos

Noções básicas

Smart homes

Mobile devices

Wearable sensors

Smart fabrics

Assistive robotics


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Noções Básicas

Movement

• Accelerometer

• Gyroscope

Biochemical

• Stress markers (lactate in sweat)

• Wound healing (pH and infection markers)

Vital Signs

• Respiration sensors

• Thermal sensors

• Galvanic skin response (GSR) sensors

• Cardiac Activity

• Pulse oximeter

• ECG devices

• Doppler radars

Sensores e Medidas


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Noções Básicas

Configurações Convencionais

Sensors on body + a handheld or wearable data hub to communicate data wirelessly

+ a central node to process data

Padrões de Curta Distância

• Bluetooth (IEEE 802.15.1)

• ZigBee (IEEE 802.15.4)

Tecnologias de Curta Distância

• RF

• Inductive links, Intrabody Communication

Transferência de Dados


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Noções Básicas


Sensors

Handheld device

Central Unit


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Noções Básicas


Sensors

Handheld device

Central Unit

Bluetooth

Wi-Fi/ Internet


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Smart Homes

Casas Inteligentes (Smart Homes)

Ambiente

Casa Inteligente

(Smart Home)

Percepção

(sensores)

Ações

(controllers)

Casa Inteligente = Percepção do ambiente (natureza + humanos) + Ações


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Wearable Sensors

Holter type

Patches

Body-worn

Smart garments:

Garment level

Fabric level

Fiber level

Tipos de Sensores Usáveis

*A. Dittmar; R. Meffre; F. De Oliveira; C. Gehin; G. Delhomme; , "Wearable Medical Devices Using Textile and Flexible Technologies for Ambulatory Monitoring," Engineering in Medicine and Biology Society, 2005. IEEE-EMBS 2005. 27th Annual International Conference of the , vol., no., pp.7161-7164, 2005 Dantas, M.A.R. Computação Distribuída Ubíqua Outubro, 2014 16/48

Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Wearable Sensors

Exemplos de Sensores Usáveis


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Assistive Robotics

Robos de Assistência


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Conceitos Básicos

[Dantas, 2002]

Disponível on-line

[Dantas, 2005]

Disponível on-line

[Dantas, 2009]

Referências Bibliográficas

www.inf.ufsc.br/~mario www.inf.ufsc.br/~mario

[Novembro, 2011]


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Estudos de Casos

Cenário: Pesquisa realizada no LaPeSD;Objetivo: Desenvolver uma abordagem de pesquisadiferenciada que possa prover novos conhecimentos:

Na área de sistemas distribuídos: computação distribuída eparalela, armazenamento distribuído (big-data) e cloud;Na área de redes: Software Defined Network (SDN), cloudcomputing;Crowdsourcing, certificação da qualidade das informações(contexto e experiência);


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Estudos de Casos

Ambiente Experimental

Fase I: Em um primeiro momento adotou-se o uso dosimulador Siafu;Fase II: Uso de sensores biomédicos (exemplos:temperatura, pressão, movimento);Fase III: Composição em laboratório de um AAL;Fase IV: Composição em uma configuração real um AAL.


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Ambiente Experimental I

Nossa pesquisa da Fase I é apresentada a seguir.

Context-aware computing

• Ubiquitous computing has strong links with

the characteristics of the physical world and

its users’ profiles: Context.

• The context is any information that can be

used to characterize the situation of entities

such as person, place or object that is

considered relevant to the interaction

between a user and an application [1].

1


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Context-aware computing

• A system can thus use such significant context

information and then provide more optimized

and personalized services, increasing user

satisfaction.

• It is also possible to minimize the

consumption of resources such as energy,

processing and communication, providing

more accurate and dynamic services.

2


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Quality of Context

• In ubiquitous environments, one of the many

important factors is the context-awareness.

• An important point about the context-

awareness is that such context information

must be reliable and quality must be ensured.

• Quality of Context (QoC) is any information

that describes the quality of information that

is used as context information [2].

3


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Quality of Context

• QoC has a significant impact on users’

experiences with context-aware services,

which can be positive or negative depending

on the QoC.

• QoC can help the user to estimate the

behavior of a context-aware service.

• This study demonstrates the use of QoC in an

Ambient Assisted Living (AAL) environment,

evaluating some QoC parameters.

4


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


QoC Taxonomy

5

QoC Taxonomy [3]


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Context Management Architecture

6


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


• Ambient Assisted Living (AAL);

• Assisted Living is the term given to the

provision of care to people either in their own

homes or in supported housing, underpinned

by technology.

7

Scenario


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


• Siafu – Context Simulator [4];

– A graphic scenario was created;

– The behavior of agents was

programmed;

• Monitoring of the resident's health:

– Blood pressure;

– Heart rate;

– Body temperature;

8

Case Study


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


QoC Quantifier

• The following parameters were used:

– Up-to-dateness (U) – up-to-date;

– Coverage (C) - valid;

– Precision (P) - accurate;

– Completeness (Cm) - complete;

– Significance (S) - Significant;

– In addition to its general QoC value, which can

alert to potential QoC problems.

9


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Results

10


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Results

11

Tm Tp Ac R LR U C P Cm S QoC

56 T 37.5 - 34.5 0 1 0.93 0 1 0.48

57 T 37.6 36.6 36.6 1 1 0.97 1 0 0.99

101 T 38.7 37.9 37.9 1 1 0.98 1 1 0.99

105 P 120 104 104 1 1 0.87 1 0 0.97

468 DP 90 86 86 1 1 0.95 1 0 0.99

468 SP 136 129 129 1 1 0.95 1 0 0.99

590 DP 101 64 64 1 0 0.63 1 0 0.66

590 SP 114 72 72 1 0 0.63 1 0 0.66


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


QoC Evaluator

• The QoC value quantified should indicate

whether the quality of the information

obtained is adequate.

• In this case, context is used, providing a more

precise adaptation.

• When a quality problem is detected, it is

expected that the set of parameters used will

enable an analysis towards identification of

the problem.

12


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


QoC Evaluator

• It is expected that the ontology in the QoC

Evaluator module can help identify QoC

problems by means of:

• Context information values;

• QoC parameters;

• Rules created in the ontology;

• Integration with other ontologies such as

those related to health.

13


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Conclusions

• Assessing QoC parameters and the QoC value

is important and helpful to:

• Detect anomalies or inconsistencies in

sensors;

• Generate alerts;

• Activate backup sensors;

• Discard data with insufficient QoC;

• Choose appropriate providers.

14


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Conclusions

• It is believed that the implementation of this

proposal might mean a big social impact and a

technological innovation applied to AAL, at

the disposal and support of a significant

number of individuals such as elderly or sick

people, and with a more precise technology.

15


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Further Research

• In future works, we intend to:

• Include environment sensors and mobile

devices;

• Evaluate other QoC parameters;

• Use ontology in the development of the

QoC Evaluator module so as to identify

potential QoC problems.

16


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


References

[1] A. K. Dey, “Providing Architectural Support for Building Context-Aware

Applications” Georgia Institute of Technology, 2000.

[2] T. Buchholz, A. Küpper, and M. Schiffers, “Quality of Context : What It Is

And Why We Need It” in 10th International Workshop of the HP OpenView

University Association, 2003, pp. 1–14.

[3] D. C. Nazário, M. A. R. Dantas, and J. L. Todesco, “Taxonomy of publications

on Quality of Context” Sustainable Business International Journal, vol. 20,

pp. 1–28, 2012.

[4] N. Europe, “Siafu: An Open Source Context Simulator” 2007. [Online].

Available: http://siafusimulator.org/.

17


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Ambiente Experimental II

Nosso ambiente de pesquisa da Fase II é apresentado aseguir.


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Ambiente Experimental II

Nosso ambiente da Fase III é apresentado a seguir.

Alocação de sensores diferentes em diferentes partes do LaPeSD


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Ambiente Experimental IV

A figura abaixo ilustra a Fase IV de pesquisa, que jáestamos trabalhando, com o paradigma SDN (SoftwareDefined Network)

7/10/2014 Han.jpg

https://mail.google.com/mail/u/0/#inbox/148e6d0a5b5ac740?projector=1 1/1


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Considerações Finais

A abordagem AAL é uma área interessante de pesquisa edesenvolvimento para os profissionais de TI;

Todos os componentes para o desenvolvimento desoluções práticas já existem e estão facilmente disponíveis;

Nossas pesquisas indicam que o provimento de umasolução requer uma boa base de conhecimento matricial(exemplos: redes e armazenamento, qualidade de contextoe experiência);

Os ganhos do paradigma podem, de uma maneira macro,ser classificados em dois grande grupos: social etecnólogico;


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Os ganhos sociais podem ser entendidos sob os seguintesaspectos:

A adoção do paradigma, de forma correta, pode prover umamelhoria significativa na qualidade de vida de milhares (ouaté mesmo milhões) de pessoas;Menor tempo hospitalização;Recuperação em casa;Melhor qualidade de atendimento;


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Os ganhos sociais podem ser entendidos sob os seguintesaspectos: (Continuação)

Controle remoto de qualidade (doentes, pessoas comnecessidades especiais e solitários);Melhor custo benefício na relação técnicos de saúde xpacientes;Melhor custo/qualidade na relação do cuidado de idosos(teimosos ou não);Possibilidade de extensão do paradigma para outros grupos(exemplos: crianças e animais domésticos).


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Os ganhos tecnológicos podem ser entendidos sob osseguintes aspectos:

O desenvolver do AAL requer conhecimento integrado entrediversas áreas de TI, tais como: Eng. Software, Banco deDados, Sistemas Distribuídos, Arquitetura de computadores eRedes;A necessidade de desenvolvimento de fabricação eintegração de sensores residenciais e para seres humanos;Melhor alocação dos serviços de redes, em termos dedisponibilização de larguras de banda, retardo e jitter;


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões


Os ganhos tecnológicos podem ser entendidos sob osseguintes aspectos:

Melhor utilização de grande quantidade de dados (big-data)em termos de retorno para a qualidade de vida;Melhor utilização de nuvens computacionais em termos deexecução de tarefas e armazenamento distribuído;Melhor desenvolvimento de abordagens de usabilidade,orientação a contexto e qualidade de experiência.


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Discussões

A abordagem AAL ainda está em fase de evolução ?

O crowndsourcing do AAL irá representar um volumenunca antes imaginado ?

A abordagem de cloud computing vai ter uma expansãomuito maior do que imaginada ?

Vocês estão preparados para poder contribuir para essenovo ambiente computacional?


Motivação

Resumo

ConceitosBásicos

Estudos deCasos


Discussões

Discussões

Dúvidas ou Perguntas ??????Muito Obrigado pelo ConviteProf. Mario Dantas - UFSC/CTC/INE- LaPeSD


ambient assited living (ambientes de domicílios assistidos)

Healthcare