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智能家居-当前的特点和未来的展望
MarieChan EricCampo DanielEstegrave;ve Jean-YvesFourniols
摘要：
在一个老龄化的世界里，尽可能保持身体健康和独立是至关重要的。老年人和残疾人不用住院治疗或机构化，可以每天24小时在他们自己的环境中接受许多“智能”设备的帮助。智能家居的概念是一种非常有前途且具有成本效益的方式，以非强制性的方式改善老年人和残疾人的家庭护理，从而使他们更独立，保持良好的健康状况并防止社会孤立。智能家居配备传感器，执行器和/或生物医学监测器。这些设备在连接到远程中心的网络中运行，以进行数据收集和处理。远程中心根据需要诊断正在进行的情况并启动协助程序。该技术可以扩展到可穿戴式和体内植入式设备，以在房屋内外每天24小时监测人们。这篇论文描述了发达国家在智能家居方面的一系列项目，考察了各种可用技术。讨论了利弊，以及对现代社会的影响。最后，介绍智能家庭作为家庭医疗保健网络的未来展望。
关键词：智能家居；可穿戴设备辅助技术；老龄化
正文：
- 介绍
联合国经济和社会事务部人口司预测，在世界范围内，人的预期寿命将从21世纪的46-89年增加到66-93年。
在2100年到2300年之间，65岁或以上年龄组(大多数国家的退休年龄)的人口比例预计将增加24%至32%，80岁或以上年龄组的人口比例将从8.5%增加一倍，至17%。
同时，联合国预测全球儿童和总生育率将下降; 特别是在欧洲，将会有比儿童更多的老人。
因此，预计到2050年，15岁至65岁的儿童比例将从目前的9:1下降到4:1。
在家工作的年轻人和老年人的医疗保健将大大减少。
因此，工业化国家面临下列问题。
- 疾病和残疾正在增长:美国阿尔茨海默病协会计算出阿尔茨海默病造成的年成本增长，从1998年的330亿美元增长到2002年的610亿美元。
- 卫生保健的需求和成本正在飙升:2002年，美国和德国的医疗保健支出占国民收入的13%左右;在美国，这是公共支出的最大部分。
- 为了避免长期住院或家庭护理，人们对远程家庭的需求正在增加。我们在医学信息学和相关领域进行了大量的研究，以开发合适的技术来支持这种医疗保健的转变。
- 随着支持工人数量的减少，卫生保健需要提高效率。
- 电子技术的突飞猛进和信息和通讯技术(ICT)的发展,提高了计算机的性能和其小型化,传感器和网络技术结合主动智能纺织品的研究与开发,新纺织品、智能纸、电源、可穿戴设备,数码影像,等等,能让人们收到更好的照顾,这将通过启用远程临床医生和病人之间的相互作用彻底改变医学实践。
本综述描述了发达国家在智能家居方面的项目选择，研究了各种可用的技术，讨论了其利弊，以及对现代社会的影响。最后，介绍了作为家庭医疗保健网络的一部分的智能家居的未来展望。
- 材料和方法
随着技术的发展，对于智能家居的定义既没有合适的界定，也没有与智能家居相关的类似系统或术语的精确区分，比如辅助技术、远程医疗电子健康、远程医疗或老人技术的术语可以互换使用。这常常导致系统开发人员将他们的系统描述为电子健康或远程控制系统的一部分，或者根本不使用这些术语。因此，在这篇文献综述中，必须制定一套选择标准，以识别在智能住宅中使用的系统或设备所涵盖的论文。选择标准被定义为包括各种不同的系统和设备。它们还被设计用于在更广泛的领域进行搜索，如电子健康、远程医疗、远程医疗或远程医疗等。
2.1系统的入选标准
- 系统的特点:可穿戴设备、便携式或可植入设备、移动或固定设备，如传感器、执行器或嵌入在智能家居结构结构中的其他ICT组件或日常用品如家具等。
- 系统中具有智能的组件，具有上下文感知能]或决策支持属性。
- 在没有人为干预的情况下执行数据传输或处理的系统。
2.2研究的入选标准
包括项目、原型、试验台、试验研究以及在实验室、卫生保健设置或涉及终端用户的系统以及常规使用系统的案例研究。
2.3搜索法
这篇文献综述包括已发表的经过同行评议的工作。我们的搜索仅限于在期刊上发表的文章、期刊的章节和用英语写的会议记录，并在1994年到2009年之间出版。包括一些描述原型、项目和系统或设备的网站。使用的关键词有:智能家居、远程家庭、电子健康、远程医疗、远程医疗、远程医疗、辅助技术、可穿戴设备、植入式设备、成本、用户满意度、道德、法律、社会经济影响和侵入性。这些关键词单独使用或组合使用。
- 智能家居：当前的特点
“智能家居”一词指的是一套配备技术的住宅，这种技术允许对居民进行监测，并鼓励独立和保持良好的健康。在本文中，该术语不包括用于自动化和优化对家庭环境(如空调和洗衣机)的控制的设施。本节的目的是研究用于帮助人们克服依赖性和健康问题的技术。
3.1智能家居
由于不同的人有不同的需求，所以必须为每个人提供援助。在这一领域，世界各地进行了大量的研究。
在美国，佐治亚理工学院已经开发出一种有意识的家，它基于无处不在的计算能力，能够感知和识别潜在危机，帮助老年人记忆衰退，并找到行为趋势。佛罗里达大学为老年人和残疾人开发了鳄鱼技术智能住宅。它基于环境传感器的舒适和能源效率，安全与保障，活动、移动监测，提醒、提示技术，下降检测系统，智能设备和设备(智能手机，智能邮箱，等等)，与家庭成员的社会远程就餐，以及生理监测(重量，温度)的生物测量技术。PlaceLab是麻省理工学院未来之家的一部分。它监测居民的活动和生命迹象，控制能量消耗，使用无处不在的传感器和可穿戴系统提供娱乐、学习和交流。
欧洲已经开发了许多系统。在英国，为体弱的老人和残疾人开发了一套辅助的交互式住宅。传感器系统评估生命体征和活动，并提供安全监控和响应。它包括环境控制技术(门窗、窗帘)。捷克共和国的奥斯特拉瓦大学开发了一套智能公寓来研究红外线传感器。在法国，图卢兹的PROSAFE项目旨在支持自主生活，并在紧急情况下发出警报。嵌入在公寓天花板上的红外传感器允许对移动和活动进行评估。在格勒诺布尔，他的项目是一个带有红外传感器的公寓，用于活动评估。重量和生命体征传感器通过CAN网络连接进行数据处理，报警在紧急情况下传输。1994年，在埃因霍温，根据荷兰老年人的标签要求建造了一个模型房。
1995年，在荷兰建造了几座模型房屋。他们配备了监测和辅助技术，目的是利用信息技术促进老年人和他们的照顾者之间的交流。
在日本，一些项目旨在最大限度地利用辅助技术，使老年人能够在家中自主地生活，创造一个智能舒适的环境。日本国际贸易和工业部建立了13个福利技术公司。研究人员通过配备红外传感器、带有磁性开关的门和带有全自动生物医学设备的浴室来收集居民活动和生命体征的数据。在大阪，松冈开发了一套智能房屋，通过它的167个传感器自动检测由疾病或事故引起的不寻常事件。17个电器也安装了传感器(电饭煲、空调、冰箱、电视机等)。
每个传感器都与一个或多个活动联系在一起:在一个区域工作，吃饭，洗澡，准备一顿饭等等。Matsuoka用数学模型将原始数据转化为行为数据。这些模型允许检测异常情况。无处不在的家庭项目是一个测试设施，用于通过数据网络建立连接设备、传感器和设备的有用服务。传感器系统监测人类活动。每个房间都有足够的摄像头来识别和跟踪用户，以及麦克风来收集完整的视听数据。地板上的压力传感器跟踪居民运动，定位家具。两种射频识别(RFID)系统(一个主动的和一个被动的)用于识别居民。一个可见的机器人充当居民和无意识机器人之间的中介(即:众议院)。它可以帮助你的活动，比如起床。无处不在的家园的目标是帮助居民利用用户适应技术。
3.2可穿戴，可植入和微胶囊设备。
可穿戴、可植入的和可被吞食的微型系统，如微胶囊设备现在都可以使用了。这些设备由使用者佩戴或嵌入屋内，并通过有线或无线网络连接到一个具有环境和诊断设施的服务中心。这些设备可以评估声音、图像、身体运动和环境参数(光、温度、湿度等)、生命体征(血压、呼吸、体温、心跳/脉搏率、身体/体重/脂肪、血液氧化、心电图等)、睡眠模式和其他健康参数、日常活动和社会交往。该软件从收集的运动活动和健康数据中详细阐述了用户的生理和生理模式，以检测紧急情况。这些设备可以帮助老年人和管理慢性疾病，如心脏病、糖尿病或肺病。
把记忆眼镜作为一个可穿戴设备的例子。在这里，一个微型电脑显示器被夹在眼镜框上，并与嵌入在衣服中的重量轻的电脑相连，可以提醒佩戴者戴上眼镜。该系统的目标是通过一个全球定位系统和传感器来了解用户的位置，并在需要信息的情况下进行搜索。
在美国，有几个项目采用电子传感器、导电元件和光纤:智慧T恤、感官臂环和生命衬衫。智慧T恤采用三导心电图t恤来测量心率和呼吸。感官臂环是一种用于生理标志测量的可穿戴设备。它由聚氨酯和一个加速计、热导传感器、皮肤和环境温度传感器和皮肤电导率传感器组成。它可以连接到一个无线心率传感器。生命衬衫是一种微型化的、动态的呼吸感应式体积描记术。这件衣服是一件机洗、轻便、合身的衬衫，带有嵌入式传感器，用来测量呼吸。一种改良的肢体双导心电图测量心脏性能和三轴加速度计量化姿势和活动。
其他国家正在进行一些涉及使用可穿戴设备的项目。可穿戴式健康护理助理在日本已经发展起来。在韩国和日本已经开发了一套单独的跟踪和活动测量系统。它包括一个PDA，一个双轴加速度计，一个数字罗盘传感器，一个角速度传感器和其他电子部件。该系统用于以最近邻的方法来定位该主题。在欧洲，这个富有的项目是基于一个纺织的可穿戴接口，集成传感器、电极和织物、信号处理技术和电信系统的连接。该系统的目标是同时获得生物医学信号(心电图、呼吸、活动)。欧洲联盟的文件实时监控联盟开发了一种可穿戴的监测和警报系统，针对高危的心脏/呼吸系统患者。它是测量血压和动脉血氧饱和度(血氧饱和度)和执行心电图的一种不引人注目的腕表。
基于酶电极原理，建立了一种糖尿病患者植入的葡萄糖传感器。传感器提供葡萄糖浓度。
在东京早稻田大学开发了一种体内药物输送系统。它是基于一种被引入的电子设备(一种微电子设备，它被引入人体来记录生理数据而不是其他可获得的)或无线电药片。该系统由一个控制器、一个射频功率发射机和一个接收器组成。在中国，研制了一种微机械胶囊，用于远程控制胃肠药物输送和流体取样。该系统可以通过串口连接到计算机上。
3.3辅助技术
用于帮助老年人或残疾人的辅助技术的产品或系统，从最简单的(例如为有限握力的人设计的开罐器)到最先进的技术(例如，电动轮椅，避障)。最近，机器人在老年生活环境中被开发出来。他们可以支持基本的活动(穿衣、洗澡、梳洗、进食)和机动性，提供家庭维护，监控那些需要持续护理和维护安全的人。他们可以考虑社会、审美和情感因素来支持老年人的生活质量。它们必须具有吸引力、负担得起和不受污名化。一些辅助系统已经广泛使用:电动轮椅，楼梯电梯和通过电梯。环境控制系统允许老年人生活在更舒适的环境中。辅助技术提供了几种帮助老年人或残疾人的方法。
-提供保证老年人是安全的，进行活动，而不是提醒照顾者，
-增强受损的身体机能，协助进行日常活动，
-评估长者的认知状况。有线独立广场是一个项目，在这个项目中，传感器被嵌入厨房，用于收集数据，而处于认知障碍风险的受试者执行一项任务，比如泡茶。
美国Nursebot(一个自主的移动机器人项目)旨在通过演讲、视觉展示、面部表情和身体动作与世界互动，追踪人们，预测他们的行为，并做出适当的反应。目标是协助护士和改善老年人日常活动的生活质量。日本千叶大学的研究人员已经开发出了安全气囊，以帮助预防摔倒。
3.4智能家居:用户
能从智能家居新技术中获益的用户是：
-独居者无法在紧急情况下寻求帮助(无意识、跌倒、中风、心肌梗塞等)。
-患有认知(阿尔茨海默病、痴呆症等)和/或身体(视觉、听觉、移动、言语等)障碍的老年人或残疾人。
-在日常生活中需要帮助的人进行个人护理活动(吃饭、梳洗、穿衣、洗澡等)和工具活动(烹饪健康的食物，处理药物和洗衣服)。
-非正式(家庭、朋友、邻居)或正式(护理提供者)照顾长者或残障人士。
-生活在农村和偏远社区或城市社区的居民，卫生服务供应不足。
-患有慢性疾病，需要持续监测(糖尿病、癌症、心血管疾病、哮喘、慢性阻塞性肺病等)的人。
-参与远程医疗保健的人在远程或远程医疗保健，医生进行虚拟访问。
3.5优势
智能家居有助于老年人、慢性病患者和独居的残疾人
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