Making AAL a reality from birth of AAL to large scale...

© 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

[email protected], [email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


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


Demografische EntwicklungStatistisches Bundesamt 2016

3


5. Deutscher AAL-Kongress

Technik für ein

selbstbestimmtes Leben24. – 25.01.2012

Quelle: www.gesundheitsstadt-berlin.de/

4


Bevorzugte Wohnformen der Senioren

5


Quelle: Fraunhofer IESE

Technologien: Integration Haustechnik

6

(2010)


inHaus-Konzept: assistive AAL-Badezimmer (inBath)

1

2

3

4

5 6

7

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


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


9

Beschleunigungssensoren in Uhr

Aktivitätsmonitoring

Quelle: Fraunhofer IAO


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


Der aktive Hausnotruf

11

…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


…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

12

http://deutsch.medscape.com/artikel/4902189


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


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


… Aktoren

Rolladensteuerung

Fenstersteuerung

Beleuchtungssteuerung

Herdabschaltung

Notrufsysteme: Funkfinger“

Rufhilfe-System aus Basisstation und Notrufsender

Quelle: GIRA


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

1

6


Quelle: Fraunhofer IMS

17

(2008 – 2011)


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

18


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


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


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 ?


Quelle: www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/amazon-lautsprecher-echo-reagiert-auf-sprachbefehle-a-1001527.html

Problem: Wunsch nach Privatsphäre wird oft unterschätzt


Quelle: www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/samsung-warnt-vor-eigenen-smart-tv-geraeten-a-1017447.html

Problem: Wunsch nach Privatsphäre wird oft unterschätzt


Big players are collecting lots of data

24

Amazon

Facebook

Samsung

GOOGLE Telekom

Bosch

Siemens

Bad

Diele

Küche

Wohnen

Schlafen

Die Privatsphäre wird verkauft!nächtl. Toilettengangaufgestanden

Wohnung verlassenduschen

kochen und essenentspannen

Wohnung betreten

© 2016 Reiner Wichert25

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!


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

26

anwesend: aktiv Bewegung wird erkannt

anwesend: inaktiv Keine Bewegung erkannt

abwesend Keine Bewegung erkannt


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,



Electric fields,

conductive objectsTouch Few binary sensors

Thin cover above

electrodes

RGB cameras


smart appliances,



Occlusion, external

lightsFar distance (> 10m)

Complex image processing

based on resolutionPinhole lenses

Infrared cameras




Occlusion, external

infrared lightMedium distance (< 5m)

Complex image processing

based on resolution

Infrared source and

camera

Ultrasound sensing


smart appliances,


Acoustic occlusion,

absorbing materialsMedium distance (< 5m)

Few low dynamic range data

sources

Emitter and senders

with exposed pinhole

speaker, microphone

Microphone arrays


smart appliances,

physiological sensing

Environmental noise,

absorbing materialsMedium distance (< 5m)

Very high dynamic range data

sources

Exposed pinhole

microphones

Radiofrequency

sensing (RF)


smart appliances,


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

27

http://publica.fraunhofer.de/documents/N-336741.html


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

28


Verlassen des BettsBetreten des Betts

Bettbelegungssensor

Inaktivität durch Verbleiben im Bett: Bettbelegungssensor

29


Schlaf-

zimmer

Wohn-

zimmer

Küche

Diele

Bad

Türkontaktschalter

Aktivität / Inaktivität

Bewegungsgmelder

Bettbelegungssensor

Dadurch können wir Inaktivität

von Abwesenheit unterscheiden!

30


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


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

32


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

33


Forschungsansatz zum Interoperabilitäts-Standards

34

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

http://www.universaal.org/

http://depot.universaal.org/

http://forge.universaal.org/

http://www.cip-reaal.eu/


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


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

37


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)


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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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:


»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


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


Betrachtung für Hessen und Deutschland

48

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


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


Dr.-Ing. Reiner Wichert

AHS Assisted Home Solutions GmbH

Freiherr-vom-Stein-Straße 10

64331 Weiterstadt

Telefon: +49 160 586 1454

[email protected]

www.assistedhome.de

Vielen Dank!

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