Дом, который присматривает за пожилыми: как радар и умные розетки заменят камеры наблюдения

Когда пожилой человек живет один, порой сложно понять, все ли у него в порядке, не вторгаясь в его личное пространство. Камеры наблюдения не всегда удобны, а носить специальные устройства человек может не хотеть — или забывать. 

Исследователи из Ноттингемского университета Трента и компании Integrated System Technologies нашли решение этой проблемы. Они разработали систему, которая собирает информацию о движениях и повседневных привычках человека с помощью трех типов датчиков. 

Как дом может следить за привычками

В основе этой системы — миллиметровый радар, тепловой сенсор и умные розетки. Каждый из этих компонентов собирает свой тип данных, а алгоритмы машинного обучения помогают распознавать действия человека.

• Радар Hi-Link LD2450 работает на частоте 24 ГГц и улавливает движения в помещении. Он позволяет определить, находится ли человек в движении или остается неподвижным.
• Проблема с радаром в том, что он не может различать конкретные позы. Для этой задачи исследователи добавили в устройство тепловую матрицу Melexis MLX90640 с разрешением 32×24 пикселя. Эта матрица создает низкодетализированную тепловую картину, которая помогает распознать, лежит человек, сидит, стоит или идет. Такой формат изображения позволяет не показывать лицо и другие узнаваемые детали внешности.
• Третий компонент — умные розетки MOKO MK117. Они с периодичностью раз в секунду измеряют потребляемую мощность и другие параметры электропитания подключенных устройств. По характерным изменениям этих показателей алгоритм может определять, каким бытовым прибором пользуется человек: чайником, холодильником или компьютером. Это позволяет учитывать не только передвижения по дому, но и повседневные бытовые действия. 

В перспективе искусственный интеллект сможет сопоставлять эти данные с обычным распорядком конкретного человека. Если тот перестанет пользоваться привычными приборами, станет меньше двигаться или надолго останется неподвижным, система заметит необычное поведение и передаст сигнал родственникам или специалистам по уходу.

Что показали испытания

В начале эксперимента исследователи провели тесты с радаром и тепловым сенсором в лаборатории, которая оборудована как жилое помещение. Один участник выполнял разные действия в шести вариантах расстановки мебели. Всего исследователи записали 26 сессий общей продолжительностью около 4,4 часа, чтобы проверить, насколько хорошо алгоритмы распознают движение и положение тела.

В задаче, где нужно было отличить движение от неподвижности, радар получил оценку F1 = 0,882, а тепловой сенсор — 0,870.

Когда алгоритм должен был различать четыре положения тела — лежа, сидя, стоя и при ходьбе, — тепловой сенсор справлялся лучше радара. Его оценка F1 составила 0,775 против 0,609. Это показывает, что датчики дополняют друг друга: радар лучше улавливает общее движение, а тепловая матрица более точно распознает позы.

Отдельно проверили и умные розетки. Ученые подключили 16 устройств к бытовой технике в офисном помещении. Алгоритмы успешно распознали типы подключенных приборов с оценкой F1, близкой к 0,98.

Ненавязчивая помощь 

Одна из целей этой разработки — помочь пожилым людям дольше оставаться в собственных домах, не переезжая в учреждения для постоянного ухода. Благодаря этой системе родственникам и социальным работникам не нужно будет постоянно следить за состоянием человека — она сама будет сообщать об изменениях, которые стоит проверить.

Пока что технология находится на ранней стадии. Исследование движений и поз проводилось на одном участнике в специально подготовленной домашней обстановке. Сложно сказать, насколько надежно система будет работать в настоящих домах, где отличаются планировка, привычки и состояние здоровья жильцов. 

Следующий этап — проверить, насколько хорошо датчики справляются с длительным наблюдением в обычной жизни. Разработчики также рассматривают возможность использовать систему для обнаружения опасных ситуаций, включая падения, инфаркты и инсульты. 

Если разработку удастся надежно протестировать в реальных условиях, она может стать дополнительным способом поддерживать самостоятельную жизнь пожилых людей, не превращая их дом в пространство постоянного видеонаблюдения.