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2018年9月21日 星期五

Consumer IoT: Elderly Care

來源:scitechvista 作者:李仕雄\杨竹星  


  
    
我們的社會正面臨高齡化及少子化現象,造成國家永續發展的隱憂。世界各國也針對這議題投入研究,試圖尋找適當的解決方案,以迎接高齡社會的時代。

常言道:家有一老,如有一寶。銀髮族是時代更迭的真實證據,如何保障銀髮族的生活品質,和降低年輕人的負擔,是社會的重要課題。

因此,近年來各國政府一直不斷地推出許多銀髮政策,從共享餐食、托老中心、長期健康照護、交通福利等,來面對即將高齡化的社會,以及打造銀髮族幸福的國度。

從科技的角度來看,隨著物聯網(IoT)技術的成熟,以及人工智慧(AI)的快速發展,利用結合AI及IoT的AIoT新興科技,來提升銀髮族生活品質,愈來愈受到關注。

例如:在銀髮族生活起居上,整合穿戴式設備、家庭娛樂設備及機器人,並透過物聯網及人工智慧技術,結合雲端服務與醫院或因物聯網及人工智慧的導入,激發出新型態的醫療架構及生活模式。

物聯網技術
隨著年齡的成長,身體逐漸老化,對於日常生活事項,愈來愈力不從心。而醫療技術水準提升,使得平均壽命增長,如何照護平時的健康狀態,成為新時代銀髮族最關切的課題。

新型態的醫療模式,也隨著科技的進步在變化中,其中物聯網技術為醫療照護,帶來新的應用。

  簡易的物聯網框架

物聯網指的是透過網路基礎設備,使每一個物聯設備,可以連上網,設備上具備多樣性的傳感器,可以隨時隨地蒐集、整合資訊,以輔助人們的生活。

物聯網框架主要分為3個部分:感知層、傳輸層、應用層。感知層泛指能感知周遭環境訊號,進而把訊號轉為數據型態的設備。傳輸層主要負責傳送訊號,至對應伺服器或數據處理中心的網路協議層。應用層則分析處理接收的資料,發展出多元化的應用。

傳感器常應用在醫療照護上,如常見於利用綠光或紅光,照射在皮膚上,借助觀察光線反射的變化,記錄成時間序列上的描述圖,進而分析心率或脈搏等生理訊號。

這些生理訊號由嵌入式系統,微型中央控制處理器,進行輕量型算法分析,再透過周邊通訊模組,如常見的藍芽通訊協議,或第四代網路協議等,把數據回饋至雲端管理平台或手機端。

物聯設備、雲端管理平台與手機設備之間的整合,能有效解決設備在低功耗時,有限儲存空間,和運算處理能力不足的困難,強化了整個物聯網技術的發展,在可靠性、運算性能、安全性及保密性上達到有效的管理。

手機端可以泛指邊緣端或霧端,而在邊緣端或霧端,實現更多元、更複雜的算法,能即時反饋至使用者身上,衍生出更多樣的應用情境。

物聯網技術,也能促使穿戴式設備的蓬勃發展。目前在穿戴式設備上的科技發展,不僅體積大大地縮小,在配戴上也提升了舒適感,讓人們對於穿戴式設備的接受度愈來愈高。

因此,利用醫療穿戴式設備,可監測銀髮族生理資訊,結合地區性醫療中心整合病歷,能達到有效管理銀髮族的慢性疾病,及健康狀態的目的。

人工智慧技術
當大量的數據,透過穿戴式設備經由網路匯集,如何有效地分析數據回饋給用戶,就成為重要的課題。借助大量數據或數據的蒐集,進一步分析及整理更多額外的資訊,或數據之間的關聯性,使成為有用的商業醫療智慧。

再加上可由數據中發掘潛在的疾病因子,找出不同的對應方式,以滿足銀髮族照護上的需求。

人工智慧借助仿真人類的神經網路架構,從大量數據中學習新的知識,獲得推論決策能力。也因圖形運算處理器的技術突破,使得深度學習框架,在人工智慧技術中有重大的進展。


  簡易的深度學習框架(人工智慧類神經網路算法)
  
一個簡易的深度學習框架可以分為3個階層,分別是:輸入層、隱藏層、輸出層。每個階層都透過具有權重的連結,把每層之間的類神經元連接起來,形成一個深度類神經網路架構。下一階層的數值,是前一層所有類神經元的權重加總,再經過一個神經激活函數得到輸出值。

這樣一層一層地傳遞,最後得到輸出結果。因此在輸入層把數據整理為神經元的形式,透過隱藏層的類神經網路,把訊息傳遞至輸出層,而得到最終的結果。

人工智慧與物聯網的整合應用
物聯網與人工智慧間的整合應用,替高齡社會帶來一場新的醫療照護革命,更多的預防醫學科學及健康保健,如雨後春筍般地發展。我們也期待科技,替人們帶來更幸福的生活。

銀髮族除了生理健康的照護外,心理層面也佔有相當重要的地位。因此,全球各家大廠紛紛利用人工智慧技術,打造陪伴機器人,使得銀髮族在心靈上有所慰藉。而除了陪伴功能以外,機器人能協助銀髮族生活起居上的照護,如:語音聊天功能,透過語音交談,協助銀髮族查詢生活所需資訊。

目前機器人可以理解人們所說的話,技術就是借助人工智慧,使得機器人能夠分析句子、理解語意,做相對應的動作。而人工智慧真正厲害的地方,不僅僅是語意的理解,在情感感知能力上,可以透過說話者的聲調、表情及動作,判斷說話者目前的情緒狀態,適當回覆及安撫使用者,而達到陪伴的效果,有如真實的人類一般。

機器人結合醫療服務,也提供自動提醒吃藥及送藥功能,且能整合穿戴式設備,在生理訊號異常時,能夠即時提供藥物進行第一階段的病況控制。

因少子化及雙薪家庭的影響,銀髮族通常會自主獨立生活,因此陪伴機器人,要能整合家庭安全監控。透過機器人定時巡邏監控,除了可以防盜賊外,還能預防老人跌倒,在必要時會聯絡家人及附近急救中心,掌握救急黃金時間。

在偵測老人跌倒事件方面,能透過影像分析家中銀髮族的體態資訊,是否有臥倒在地的可能,加上利用穿戴式設備上的三軸加速計和陀螺儀,判斷目前使用者的體態,能有效提升跌倒事件偵測的準確度。

共享經濟的興起,使得救護車不再是唯一可以緊急載送病患的交通工具。例如國際上一家新創公司,推出針對地方醫療機構設計,提供醫院接送患者的服務,醫院等機構可以透過事先預訂以接送患者,讓患者可以及時趕到醫院接受治療。

除了事先預訂的方案外,整合穿戴式設備、機器人、雲端服務等技術,可以讓銀髮族,在緊急救急的情況下,迅速地派送車輛至醫院。多樣化的醫療應用面向,都在人工智慧與物聯網技術整合下,多方面發展。

傳統照護著重在生理上的照料,然而迎接新時代的來臨,照護需兼具娛樂性。因此,在家庭娛樂設備中,整合遊戲互動功能,使銀髮族能夠透過遊戲愈動愈健康。

目前全球許多醫學機構,已針對銀髮族的肌少症,或因老化逐漸衰退的運動功能,透過遊戲輔助銀髮族做健康復健運動,不僅僅充滿趣味性,在實質效果上也逐步有些成果。

在復健的過程中,復健師或醫生可以透過系統蒐集大量數據,且系統可即時指引老人正確的復健姿勢,避免錯誤的姿勢或動作,造成身體更大的傷害。

透過物聯網技術,銀髮族不需要在醫院或復健中心,可以在家裡隨時隨地,透過有娛樂性質的遊戲進行復健。這替銀髮族生活帶來了樂趣,也可以透過遊戲與家人同樂,促使家庭親子關係更加和諧。

醫療機構也可獲得大量的資料,進行更多元的研究,透過人工智慧及大數據分析,產出更多實質的應用價值。

最後,對於銀髮族最重要的課題,是如何愈活愈健康、愈活愈快樂。在科技的快速轉變下,提供友善的操作接口,使得銀髮族能輕易地接受新興科技,並且協助其活出自信及快樂,是關鍵考慮之一。

物聯網及人工智慧技術是進行式,也是下一個時代的新科技導向,如何應用在銀髮族的生活起居上,打造銀髮族的樂活人生是我們科學人的使命。

期許更多的應用科技,能替銀髮族創造幸福的生活,當銀髮族遇上人工智慧與物聯網的那天,也就是幸福泉源到來的那天。

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