Cognitive assisted living ambient system: a survey

The demographic change towards an aging population is creating a significant impact and introducing drastic challenges to our society. We therefore need to find ways to assist older people to stay independently and prevent social isolation of these population. Information and Communication Technologies (ICT) provide various solutions to help older adults to improve their quality of life, stay healthier, and live independently for a time. Ambient Assisted Living (AAL) is a field to investigate innovative technologies to provide assistance as well as healthcare and rehabilitation to impaired seniors. The paper provides a review of research background and technologies of AAL

Contributions to interoperability, scalability and formalization of personal health systems

The ageing of the world's population combined with unhealthy lifestyles are contributing to a major prevalence of chronic diseases. This scenario poses the challenge of providing good healthcare services to that people affected by chronic illnesses, but without increasing its costs. A prominent way to face this challenge is through pervasive healthcare. Research in pervasive healthcare tries to shift the current centralized healthcare delivery model focused on the doctors, to a more distributed model focused on the patients. In this context Personal Health Systems (PHSs) consists on approaching sampling technologies into the hands of the patients, without disturbing its activities of the daily life, to monitor patient's physiological parameters and providing feedback on their state. The use of PHSs involves the patients in the management of their illness and in their own well being too. The development of PHSs has to face technological issues in order to be accepted by our society. Within them it is important to ensure interoperability between different systems in order to make them work together. Scalability it is also a concern, as their performance must not decrease when increasing the number of users. Another issue is how to formalize the medical knowledge for each patient, as different patients may have different target goals. Security and privacy are a must feature because of the sensitive nature of medical data. Other issues involve the the integration with legacy systems, and the usability of graphical user interfaces in order to encourage old people with the use these technologies. The aim of this PhD thesis is to contribute into the state-of-the-art of PHSs by tackling together different of the above-mentioned challenges. First, to achieve interoperability we use the CDA standard as a format to encode and exchange health data and alerts related with the status of the patient. We show how these documents can be generated automatically through the use of XML templates. Second, we address the scalability by distributing the computations needed to monitor the patients over their devices, rather than performing them in a centralized server. In this context we develop the MAGPIE agent platform, which runs on Android devices, as a framework able to provide intelligence to PHSs, and generate alerts that can be of interest for the patients and the medical doctors. Third, we focus on the formalization of PHSs by providing a tool for the practitioners where they can define, in a graphical way, monitoring rules related with chronic diseases that are integrated with the MAGPIE agent platform. The thesis also explores different ways to share the data collected with PHSs in order to improve the outcomes obtained with the use of this technology. Data is shared between individuals following a Distributed Event-Based System (DEBS) approach, where different people can subscribe to the alerts produced by the patient. Data is also shared between institutions with a network protocol called MOSAIC, and we focus on the security aspects of this protocol. The research in this PhD focuses in the use case of Diabetes Mellitus; and it has been developed in the context of the projects MONDAINE, MAGPIE, COMMODITY12 and TAMESIS.L'envelliment de la població mundial combinat amb uns estils de vida no saludables contribueixen a una major prevalença d'enfermetats cròniques. Aquest escenari presenta el repte de proporcionar uns bons serveis sanitaris a les persones afectades per aquestes enfermetats, sense incrementar-ne els costos. Una solució prometedora a aquest repte és mitjançant l'aplicació del que en anglès s'anomena "pervasive healthcare". L'investigació en aquesta camp tracta de canviar l'actual model centralitzat de serveis sanitaris enfocat en el personal sanitari, per un model de serveis distribuït enfocat en els pacients. En aquest context, els Personal Health Systems (PHSs) consisteixen en posar a l'abast dels pacients les tecnologies de monitorització, i proporcionar-los informació sobre el seu estat. L'ús de PHSs involucra els pacients en la gestió de la seva enfermetat i del seu propi benestar. L'acceptació dels PHSs per part de la societat implica certs reptes tecnològics en el seu desenvolupament. És important garantir la seva interoperabilitat per tal de que puguin treballar conjuntament. La seva escalabilitat també s'ha de tenir en compte, ja que el seu rendiment no s'ha de veure afectat al incrementar-ne el número d'usuaris. Un altre aspecte a considerar és com formalitzar el coneixement mèdic per cada pacient, ja que cada un d'ells pot tenir objectius diferents. La seguretat i privacitat són característiques desitjades degut a la naturalesa sensible de les dades mèdiques. Altres problemàtiques impliquen la integració amb sistemes heretats, i la usabilitat de les interfícies gràfiques per fomentar-ne el seu ús entre les persones grans. L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir a l'estat de l'art dels PHSs tractant de manera conjunta varis dels reptes mencionats. Per abordar l'interoperabilitat s'utilitza l'estàndard CDA com a format per codificar les dades mèdiques i alertes relacionades amb el pacient. A més es mostra com aquests documents poden generar-se de forma automàtica mitjançant l' ús de plantilles XML. Per tractar l'escalabilitat es distribueixen les computacions per monitoritzar els pacients entre els seus terminals mòbils, en comptes de realitzar-les en un servidor central. En aquest context es desenvolupa la plataforma d'agents MAGPIE com a framework per proporcionar intelligència als PHSs i generar alertes d'interès per al metge i el pacient. La formalització s'aborda mitjançant una eina que permet als metges definir de manera gràfica regles de monitorització relacionades amb enfermetats cròniques, que a més estan integrades amb la plataforma d'agents MAGPIE. La tesi també explora diferents maneres de compartir les dades recol·lectades amb un PHS, amb l'objectiu de millorar els resultats obtinguts amb aquesta tecnologia. Les dades es comparteixen entre individus seguint un enfoc de sistemes distribuïts basats en events (DEBS), on diferents usuaris poden subscriure's a les alertes produïdes per el pacient. Les dades també es comparteixen entre institucions mitjançant un protocol de xarxa anomenat MOSAIC. A la tesi es desenvolupen els aspectes de seguretat d'aquest protocol. La test es centra en la Diabetis Mellitus com a cas d'ús, i s'ha realitzat en el context dels projectes MONDAINE, MAGPIE, COMMODITY12 i TAMESIS.El envejecimiento de la población mundial combinado con unos estilos de vida no saludables contribuyen a una mayor prevalencia de enfermedades crónicas. Este escenario presenta el reto de proporcionar unos buenos servicios sanitarios a las personas afectadas por estas enfermedades, sin incrementar sus costes. Una solución prometedora a este reto es mediante la aplicación de lo que en inglés se denomina "pervasive healthcare". La investigación en este campo trata de cambiar el actual modelo centralizado de servicios sanitarios enfocado hacia el personal sanitario, por un modelo distribuido enfocado hacia los pacientes. En este contexto, los Personal Health Systems (PHSs) consisten en poner al alcance de los pacientes las tecnologías de monitorización, y proporcionarles información sobre su estado. El uso de PHSs involucra a los pacientes en la gestión de su enfermedad y en su propio bienestar. La aceptación de los PHSs por parte de la sociedad implica ciertos retos tecnológicos en su desarrollo. Es importante garantizar su interoperabilidad para que puedan trabajar conjuntamente. Su escalabilidad también se debe tener en cuenta, ya que su rendimiento no tiene que verse afectado al incrementar su número de usuarios. Otro aspecto a considerar es cómo formalizar el conocimiento médico para cada paciente, ya que cada uno puede tener objetivos distintos. La seguridad y privacidad son características deseadas debido a la naturaleza sensible de los datos médicos. Otras problemáticas implican la integración con sistemas heredados, y la usabilidad de las interfaces gráficas para fomentar su uso entre las personas mayores. El objetivo de esta tesis es contribuir al estado del arte de los PHSs tratando de manera conjunta varios de los retos mencionados. Para abordar la interoperabilidad se usa el estándar CDA como formato para codificar los datos médicos y alertas relacionados con el paciente. Además se muestra como estros documentos pueden generarse de forma automática mediante el uso de plantillas XML. Para tratar la escalabilidad se distribuye la computación para monitorizar a los pacientes en sus terminales móbiles, en lugar de realizarla en un servidor central. En este contexto se desarrolla la plataforma de agentes MAGPIE como framework para proporcionar inteligencia a los PHSs y generar alertas de interés para el médico y el paciente. La formalización se aborda mediante una herramienta que permite a los médicos definir de manera gráfica reglas de monitorización relacionadas con enfermedades crónicas, que ademas están integradas con la plataforma de agentes MAGPIE. La tesis también explora distintas formas de compartir los datos recolectados con un PHS, con el fin de mejorar los resultados obtenidos mediante esta tecnología. Los datos se comparten entre individuos siguiendo un enfoque de sistemas distribuidos basados en eventos (DEBS), donde distintos usuarios pueden suscribirse a las alertas producidas por el paciente. Los datos también se comparten entre instituciones mediante un protocolo dered llamado MOSAIC. En la tesis se desarrollan los aspectos de seguridad de este protocolo. La tesis se centra en la Diabetes Mellitus como caso de uso, y se ha realizado en el contexto de los proyectos MONDAINE, MAGPIE, COMMODITY12 y TAMESIS.Postprint (published version

Enhanced Living Environments

This open access book was prepared as a Final Publication of the COST Action IC1303 “Algorithms, Architectures and Platforms for Enhanced Living Environments (AAPELE)”. The concept of Enhanced Living Environments (ELE) refers to the area of Ambient Assisted Living (AAL) that is more related with Information and Communication Technologies (ICT). Effective ELE solutions require appropriate ICT algorithms, architectures, platforms, and systems, having in view the advance of science and technology in this area and the development of new and innovative solutions that can provide improvements in the quality of life for people in their homes and can reduce the financial burden on the budgets of the healthcare providers. The aim of this book is to become a state-of-the-art reference, discussing progress made, as well as prompting future directions on theories, practices, standards, and strategies related to the ELE area. The book contains 12 chapters and can serve as a valuable reference for undergraduate students, post-graduate students, educators, faculty members, researchers, engineers, medical doctors, healthcare organizations, insurance companies, and research strategists working in this area

Integration of multisensor hybrid reasoners to support personal autonomy in the smart home.

The deployment of the Ambient Intelligence (AmI) paradigm requires designing and integrating user-centered smart environments to assist people in their daily life activities. This research paper details an integration and validation of multiple heterogeneous sensors with hybrid reasoners that support decision making in order to monitor personal and environmental data at a smart home in a private way. The results innovate on knowledge-based platforms, distributed sensors, connected objects, accessibility and authentication methods to promote independent living for elderly people. TALISMAN+, the AmI framework deployed, integrates four subsystems in the smart home: (i) a mobile biomedical telemonitoring platform to provide elderly patients with continuous disease management; (ii) an integration middleware that allows context capture from heterogeneous sensors to program environment¿s reaction; (iii) a vision system for intelligent monitoring of daily activities in the home; and (iv) an ontologies-based integrated reasoning platform to trigger local actions and manage private information in the smart home. The framework was integrated in two real running environments, the UPM Accessible Digital Home and MetalTIC house, and successfully validated by five experts in home care, elderly people and personal autonomy

Internet of Things Architectures for Enhanced Living Environments

Ambient Assisted Living (AAL) is an emerging multidisciplinary research area that aims to create an ecosystem of different types of sensors, computers, mobile devices, wireless networks, and software applications for enhanced living environments and occupational health. There are several challenges in the development and implementation of an effective AAL system, such as system architecture, human-computer interaction, ergonomics, usability, and accessibility. There are also social and ethical challenges, such as acceptance by seniors and the privacy and confidentiality that must be a requirement of AAL devices. It is also essential to ensure that technology does not replace human care and is used as a relevant complement. The Internet of Things (IoT) is a paradigm where objects are connected to the Internet and support sensing capabilities. IoT devices should be ubiquitous, recognize the context, and support intelligence capabilities closely related to AAL. Technological advances allow defining new advanced tools and platforms for real-time health monitoring and decision making in the treatment of various diseases. IoT is a suitable approach to building healthcare systems, and it provides a suitable platform for ubiquitous health services, using, for example, portable sensors to carry data to servers and smartphones for communication. Despite the potential of the IoT paradigm and technologies for healthcare systems, several challenges to be overcome still exist. The direction and impact of IoT in the economy are not clearly defined, and there are barriers to the immediate and ubiquitous adoption of IoT products, services, and solutions. Several sources of pollutants have a high impact on indoor living environments. Consequently, indoor air quality is recognized as a fundamental variable to be controlled for enhanced health and well-being. It is critical to note that typically most people occupy more than 90% of their time inside buildings, and poor indoor air quality negatively affects performance and productivity. Research initiatives are required to address air quality issues to adopt legislation and real-time inspection mechanisms to improve public health, not only to monitor public places, schools, and hospitals but also to increase the rigor of building rules. Therefore, it is necessary to use real-time monitoring systems for correct analysis of indoor air quality to ensure a healthy environment in at least public spaces. In most cases, simple interventions provided by homeowners can produce substantial positive impacts on indoor air quality, such as avoiding indoor smoking and the correct use of natural ventilation. An indoor air quality monitoring system helps the detection and improvement of air quality conditions. Local and distributed assessment of chemical concentrations is significant for safety (e.g., detection of gas leaks and monitoring of pollutants) as well as to control heating, ventilation, and HVAC systems to improve energy efficiency. Real-time indoor air quality monitoring provides reliable data for the correct control of building automation systems and should be assumed as a decision support platform on planning interventions for enhanced living environments. However, the monitoring systems currently available are expensive and only allow the collection of random samples that are not provided with time information. Most solutions on the market only allow data consulting limited to device memory and require procedures for downloading and manipulating data with specific software. In this way, the development of innovative environmental monitoring systems based on ubiquitous technologies that allow real-time analysis becomes essential. This thesis resulted in the design and development of IoT architectures using modular and scalable structures for air quality monitoring based on data collected from cost-effective sensors for enhanced living environments. The proposed architectures address several concepts, including acquisition, processing, storage, analysis, and visualization of data. These systems incorporate an alert management Framework that notifies the user in real-time in poor indoor air quality scenarios. The software Framework supports multiple alert methods, such as push notifications, SMS, and e-mail. The real-time notification system offers several advantages when the goal is to achieve effective changes for enhanced living environments. On the one hand, notification messages promote behavioral changes. These alerts allow the building manager to identify air quality problems and plan interventions to avoid unhealthy air quality scenarios. The proposed architectures incorporate mobile computing technologies such as mobile applications that provide ubiquitous air quality data consulting methods s. Also, the data is stored and can be shared with medical teams to support the diagnosis. The state-of-the-art analysis has resulted in a review article on technologies, applications, challenges, opportunities, open-source IoT platforms, and operating systems. This review was significant to define the IoT-based Framework for indoor air quality supervision. The research leads to the development and design of cost-effective solutions based on open-source technologies that support Wi-Fi communication and incorporate several advantages such as modularity, scalability, and easy installation. The results obtained are auspicious, representing a significant contribution to enhanced living environments and occupational health. Particulate matter (PM) is a complex mixture of solid and liquid particles of organic and inorganic substances suspended in the air. Moreover, it is considered the pollutant that affects more people. The most damaging particles to health are ≤PM10 (diameter 10 microns or less), which can penetrate and lodge deep within the lungs, contributing to the risk of developing cardiovascular and respiratory diseases as well as lung cancer. Taking into account the adverse health effects of PM exposure, an IoT architecture for automatic PM monitoring was proposed. The proposed architecture is a PM real-time monitoring system and a decision-making tool. The solution consists of a hardware prototype for data acquisition and a Web Framework developed in .NET for data consulting. This system is based on open-source and technologies, with several advantages compared to existing systems, such as modularity, scalability, low-cost and easy installation. The data is stored in a database developed in SQL SERVER using .NET Web services. The results show the ability of the system to analyze the indoor air quality in real-time and the potential of the Web Framework for the planning of interventions to ensure safe, healthy, and comfortable conditions. Associations of high concentrations of carbon dioxide (CO2) with low productivity at work and increased health problems are well documented. There is also a clear correlation between high levels of CO2 and high concentrations of pollutants in indoor air. There are sufficient reasons to monitor CO2 and provide real-time notifications to improve occupational health and provide a safe and healthy indoor living environment. Taking into account the significant influence of CO2 for enhanced living environments, a real-time IoT architecture for CO2 monitoring was proposed. CO2 was selected because it is easy to measure and is produced in quantity (by people and combustion equipment). It can be used as an indicator of other pollutants and, therefore, of air quality in general. The solution consists of a hardware prototype for data acquisition environment, a Web software, and a smartphone application for data consulting. The proposed architecture is based on open-source technologies, and the data is stored in a SQL SERVER database. The mobile Framework allows the user not only to consult the latest data collected but also to receive real-time notifications in poor indoor air quality scenarios, and to configure the alerts threshold levels. The results show that the mobile application not only provides easy access to real-time air quality data, but also allows the user to maintain parameter history and provide a history of changes. Consequently, this system allows the user to analyze in a precise and detailed manner the behavior of air quality. Finally, an air quality monitoring solution was implemented, consisting of a hardware prototype that incorporates only the MICS-6814 sensor as the detection unit. This system monitors various air quality parameters such as NH3 (ammonia), CO (carbon monoxide), NO2 (nitrogen dioxide), C3H8 (propane), C4H10 (butane), CH4 (methane), H2 (hydrogen) and C2H5OH (ethanol). The monitoring of the concentrations of these pollutants is essential to provide enhanced living environments. This solution is based on Cloud, and the collected data is sent to the ThingSpeak platform. The proposed Framework combines sensitivity, flexibility, and measurement accuracy in real-time, allowing a significant evolution of current air quality controls. The results show that this system provides easy, intuitive, and fast access to air quality data as well as relevant notifications in poor air quality situations to provide real-time intervention and improve occupational health. These data can be accessed by physicians to support diagnoses and correlate the symptoms and health problems of patients with the environment in which they live. As future work, the results reported in this thesis can be considered as a starting point for the development of a secure system sharing data with health professionals in order to serve as decision support in diagnosis.Ambient Assisted Living (AAL) é uma área de investigação multidisciplinar emergente que visa a construção de um ecossistema de diferentes tipos de sensores, microcontroladores, dispositivos móveis, redes sem fios e aplicações de software para melhorar os ambientes de vida e a saúde ocupacional. Existem muitos desafios no desenvolvimento e na implementação de um sistema AAL, como a arquitetura do sistema, interação humano-computador, ergonomia, usabilidade e acessibilidade. Existem também problemas sociais e éticos, como a aceitação por parte dos utilizadores mais vulneráveis e a privacidade e confidencialidade, que devem ser uma exigência de todos os dispositivos AAL. De facto, também é essencial assegurar que a tecnologia não substitua o cuidado humano e seja usada como um complemento essencial. A Internet das Coisas (IoT) é um paradigma em que os objetos estão conectados à Internet e suportam recursos sensoriais. Tendencialmente, os dispositivos IoT devem ser omnipresentes, reconhecer o contexto e ativar os recursos de inteligência ambiente intimamente relacionados ao AAL. Os avanços tecnológicos permitem definir novas ferramentas avançadas e plataformas para monitorização de saúde em tempo real e tomada de decisão no tratamento de várias doenças. A IoT é uma abordagem adequada para construir sistemas de saúde sendo que oferece uma plataforma para serviços de saúde ubíquos, usando, por exemplo, sensores portáteis para recolha e transmissão de dados e smartphones para comunicação. Apesar do potencial do paradigma e tecnologias IoT para o desenvolvimento de sistemas de saúde, muitos desafios continuam ainda por ser resolvidos. A direção e o impacto das soluções IoT na economia não está claramente definido existindo, portanto, barreiras à adoção imediata de produtos, serviços e soluções de IoT. Os ambientes de vida são caracterizados por diversas fontes de poluentes. Consequentemente, a qualidade do ar interior é reconhecida como uma variável fundamental a ser controlada de forma a melhorar a saúde e o bem-estar. É importante referir que tipicamente a maioria das pessoas ocupam mais de 90% do seu tempo no interior de edifícios e que a má qualidade do ar interior afeta negativamente o desempenho e produtividade. É necessário que as equipas de investigação continuem a abordar os problemas de qualidade do ar visando a adoção de legislação e mecanismos de inspeção que atuem em tempo real para a melhoraria da saúde e qualidade de vida, tanto em locais públicos como escolas e hospitais e residências particulares de forma a aumentar o rigor das regras de construção de edifícios. Para tal, é necessário utilizar mecanismos de monitorização em tempo real de forma a possibilitar a análise correta da qualidade do ambiente interior para garantir ambientes de vida saudáveis. Na maioria dos casos, intervenções simples que podem ser executadas pelos proprietários ou ocupantes da residência podem produzir impactos positivos substanciais na qualidade do ar interior, como evitar fumar em ambientes fechados e o uso correto de ventilação natural. Um sistema de monitorização e avaliação da qualidade do ar interior ajuda na deteção e na melhoria das condições ambiente. A avaliação local e distribuída das concentrações químicas é significativa para a segurança (por exemplo, deteção de fugas de gás e supervisão dos poluentes) bem como para controlar o aquecimento, ventilação, e sistemas de ar condicionado (HVAC) visando a melhoria da eficiência energética. A monitorização em tempo real da qualidade do ar interior fornece dados fiáveis para o correto controlo de sistemas de automação de edifícios e deve ser assumida com uma plataforma de apoio à decisão no que se refere ao planeamento de intervenções para ambientes de vida melhorados. No entanto, os sistemas de monitorização atualmente disponíveis são de alto custo e apenas permitem a recolha de amostras aleatórias que não são providas de informação temporal. A maioria das soluções disponíveis no mercado permite apenas a acesso ao histórico de dados que é limitado à memória do dispositivo e exige procedimentos de download e manipulação de dados com software proprietário. Desta forma, o desenvolvimento de sistemas inovadores de monitorização ambiente baseados em tecnologias ubíquas e computação móvel que permitam a análise em tempo real torna-se essencial. A Tese resultou na definição e no desenvolvimento de arquiteturas para monitorização da qualidade do ar baseadas em IoT. Os métodos propostos são de baixo custo e recorrem a estruturas modulares e escaláveis para proporcionar ambientes de vida melhorados. As arquiteturas propostas abordam vários conceitos, incluindo aquisição, processamento, armazenamento, análise e visualização de dados. Os métodos propostos incorporam Frameworks de gestão de alertas que notificam o utilizador em tempo real e de forma ubíqua quando a qualidade do ar interior é deficiente. A estrutura de software suporta vários métodos de notificação, como notificações remotas para smartphone, SMS (Short Message Service) e email. O método usado para o envio de notificações em tempo real oferece várias vantagens quando o objetivo é alcançar mudanças efetivas para ambientes de vida melhorados. Por um lado, as mensagens de notificação promovem mudanças de comportamento. De facto, estes alertas permitem que o gestor do edifício e os ocupantes reconheçam padrões da qualidade do ar e permitem também um correto planeamento de intervenções de forma evitar situações em que a qualidade do ar é deficiente. Por outro lado, o sistema proposto incorpora tecnologias de computação móvel, como aplicações móveis, que fornecem acesso omnipresente aos dados de qualidade do ar e, consequentemente, fornecem soluções completas para análise de dados. Além disso, os dados são armazenados e podem ser partilhados com equipas médicas para ajudar no diagnóstico. A análise do estado da arte resultou na elaboração de um artigo de revisão sobre as tecnologias, aplicações, desafios, plataformas e sistemas operativos que envolvem a criação de arquiteturas IoT. Esta revisão foi um trabalho fundamental na definição das arquiteturas propostas baseado em IoT para a supervisão da qualidade do ar interior. Esta pesquisa conduz a um desenvolvimento de arquiteturas IoT de baixo custo com base em tecnologias de código aberto que operam como um sistema Wi-Fi e suportam várias vantagens, como modularidade, escalabilidade e facilidade de instalação. Os resultados obtidos são muito promissores, representando uma contribuição significativa para ambientes de vida melhorados e saúde ocupacional. O material particulado (PM) é uma mistura complexa de partículas sólidas e líquidas de substâncias orgânicas e inorgânicas suspensas no ar e é considerado o poluente que afeta mais pessoas. As partículas mais prejudiciais à saúde são as ≤PM10 (diâmetro de 10 micrómetros ou menos), que podem penetrar e fixarem-se dentro dos pulmões, contribuindo para o risco de desenvolver doenças cardiovasculares e respiratórias, bem como de cancro do pulmão. Tendo em consideração os efeitos negativos para a saúde da exposição ao PM foi desenvolvido numa primeira fase uma arquitetura IoT para monitorização automática dos níveis de PM. Esta arquitetura é um sistema que permite monitorização de PM em tempo real e uma ferramenta de apoio à tomada de decisão. A solução é composta por um protótipo de hardware para aquisição de dados e um portal Web desenvolvido em .NET para consulta de dados. Este sistema é baseado em tecnologias de código aberto com várias vantagens em comparação aos sistemas existentes, como modularidade, escalabilidade, baixo custo e fácil instalação. Os dados são armazenados numa base de dados desenvolvida em SQL SERVER e são enviados com recurso a serviços Web. Os resultados mostram a capacidade do sistema de analisar em tempo real a qualidade do ar interior e o potencial da Framework Web para o planeamento de intervenções com o objetivo de garantir condições seguras, saudáveis e confortáveis. Associações de altas concentrações de dióxido de carbono (CO2) com défice de produtividade no trabalho e aumento de problemas de saúde encontram-se bem documentadas. Existe também uma correlação evidente entre altos níveis de CO2 e altas concentrações de poluentes no ar interior. Tendo em conta a influência significativa do CO2 para a construção de ambientes de vida melhorados desenvolveu-se uma solução de monitorização em tempo real de CO2 com base na arquitetura de IoT. A arquitetura proposta permite também o envio de notificações em tempo real para melhorar a saúde ocupacional e proporcionar um ambiente de vida interior seguro e saudável. O CO2 foi selecionado, pois é fácil de medir e é produzido em quantidade (por pessoas e equipamentos de combustão). Assim, pode ser usado como um indicador de outros poluentes e, portanto, da qualidade do ar em geral. O método proposto é composto por um protótipo de hardware para aquisição de dados, um software Web e uma aplicação smartphone para consulta de dados. Esta arquitetura é baseada em tecnologias de código aberto e os dados recolhidos são armazenados numa base de dados SQL SERVER. A Framework móvel permite não só consultar em tempo real os últimos dados recolhidos, receber notificações com o objetivo de avisar o utilizador quando a qualidade do ar está deficiente, mas também para configurar alertas. Os resultados mostram que a Framework móvel fornece não apenas acesso fácil aos dados da qualidade do ar em tempo real, mas também permite ao utilizador manter o histórico de parâmetros. Assim este sistema permite ao utilizador analisar de maneira precisa e detalhada o comportamento da qualidade do ar interior. Por último, é proposta uma arquitetura para monitorização de vários parâmetros da qualidade do ar, como NH3 (amoníaco), CO (monóxido de carbono), NO2 (dióxido de azoto), C3H8 (propano), C4H10 (butano), CH4 (metano), H2 (hidrogénio) e C2H5OH (etanol). Esta arquitetura é composta por um protótipo de hardware que incorpora unicamente o sensor MICS-6814 como unidade de deteção. O controlo das concentrações destes poluentes é extremamente relevante para proporcionar ambientes de vida melhorados. Esta solução tem base na Cloud sendo que os dados recolhidos são enviados para a plataforma ThingSpeak. Esta Framework combina sensibilidade, flexibilidade e precisão de medição em tempo real, permitindo uma evolução significativa dos atuais sistemas de monitorização da qualidade do ar. Os resultados mostram que este sistema fornece acesso fácil, intuitivo e rápido aos dados de qualidade do ar bem como notificações essenciais em situações de qualidade do ar deficiente de forma a planear intervenções em tempo útil e melhorar a saúde ocupacional. Esses dados podem ser acedidos pelos médicos para apoiar diagnósticos e correlacionar os sintomas e problemas de saúde dos pacientes com o ambiente em que estes vivem. Como trabalho futuro, os resultados reportados nesta Tese podem ser considerados um ponto de partida para o desenvolvimento de um sistema seguro para partilha de dados com profissionais de saúde de forma a servir de suporte à decisão no diagnóstico

State of the art of audio- and video based solutions for AAL

Working Group 3. Audio- and Video-based AAL ApplicationsIt is a matter of fact that Europe is facing more and more crucial challenges regarding health and social care due to the demographic change and the current economic context. The recent COVID-19 pandemic has stressed this situation even further, thus highlighting the need for taking action. Active and Assisted Living (AAL) technologies come as a viable approach to help facing these challenges, thanks to the high potential they have in enabling remote care and support. Broadly speaking, AAL can be referred to as the use of innovative and advanced Information and Communication Technologies to create supportive, inclusive and empowering applications and environments that enable older, impaired or frail people to live independently and stay active longer in society. AAL capitalizes on the growing pervasiveness and effectiveness of sensing and computing facilities to supply the persons in need with smart assistance, by responding to their necessities of autonomy, independence, comfort, security and safety. The application scenarios addressed by AAL are complex, due to the inherent heterogeneity of the end-user population, their living arrangements, and their physical conditions or impairment. Despite aiming at diverse goals, AAL systems should share some common characteristics. They are designed to provide support in daily life in an invisible, unobtrusive and user-friendly manner. Moreover, they are conceived to be intelligent, to be able to learn and adapt to the requirements and requests of the assisted people, and to synchronise with their specific needs. Nevertheless, to ensure the uptake of AAL in society, potential users must be willing to use AAL applications and to integrate them in their daily environments and lives. In this respect, video- and audio-based AAL applications have several advantages, in terms of unobtrusiveness and information richness. Indeed, cameras and microphones are far less obtrusive with respect to the hindrance other wearable sensors may cause to one’s activities. In addition, a single camera placed in a room can record most of the activities performed in the room, thus replacing many other non-visual sensors. Currently, video-based applications are effective in recognising and monitoring the activities, the movements, and the overall conditions of the assisted individuals as well as to assess their vital parameters (e.g., heart rate, respiratory rate). Similarly, audio sensors have the potential to become one of the most important modalities for interaction with AAL systems, as they can have a large range of sensing, do not require physical presence at a particular location and are physically intangible. Moreover, relevant information about individuals’ activities and health status can derive from processing audio signals (e.g., speech recordings). Nevertheless, as the other side of the coin, cameras and microphones are often perceived as the most intrusive technologies from the viewpoint of the privacy of the monitored individuals. This is due to the richness of the information these technologies convey and the intimate setting where they may be deployed. Solutions able to ensure privacy preservation by context and by design, as well as to ensure high legal and ethical standards are in high demand. After the review of the current state of play and the discussion in GoodBrother, we may claim that the first solutions in this direction are starting to appear in the literature. A multidisciplinary 4 debate among experts and stakeholders is paving the way towards AAL ensuring ergonomics, usability, acceptance and privacy preservation. The DIANA, PAAL, and VisuAAL projects are examples of this fresh approach. This report provides the reader with a review of the most recent advances in audio- and video-based monitoring technologies for AAL. It has been drafted as a collective effort of WG3 to supply an introduction to AAL, its evolution over time and its main functional and technological underpinnings. In this respect, the report contributes to the field with the outline of a new generation of ethical-aware AAL technologies and a proposal for a novel comprehensive taxonomy of AAL systems and applications. Moreover, the report allows non-technical readers to gather an overview of the main components of an AAL system and how these function and interact with the end-users. The report illustrates the state of the art of the most successful AAL applications and functions based on audio and video data, namely (i) lifelogging and self-monitoring, (ii) remote monitoring of vital signs, (iii) emotional state recognition, (iv) food intake monitoring, activity and behaviour recognition, (v) activity and personal assistance, (vi) gesture recognition, (vii) fall detection and prevention, (viii) mobility assessment and frailty recognition, and (ix) cognitive and motor rehabilitation. For these application scenarios, the report illustrates the state of play in terms of scientific advances, available products and research project. The open challenges are also highlighted. The report ends with an overview of the challenges, the hindrances and the opportunities posed by the uptake in real world settings of AAL technologies. In this respect, the report illustrates the current procedural and technological approaches to cope with acceptability, usability and trust in the AAL technology, by surveying strategies and approaches to co-design, to privacy preservation in video and audio data, to transparency and explainability in data processing, and to data transmission and communication. User acceptance and ethical considerations are also debated. Finally, the potentials coming from the silver economy are overviewed.publishedVersio

Smart kitchen for Ambient Assisted Living

El envejecimiento de la población es una realidad en todos los países desarrollados. Las predicciones de crecimiento de esta población son alarmantes, planteando un reto para los servicios sociales y sanitarios. Las personas ancianas padecen diversas discapacidades que se van acentuando con la edad, siendo más propensas a sufrir accidentes domésticos, presentando problemas para realizar tareas cotidianas, etc. Esta situación conlleva a una pérdida paulatina de capacidades que en muchas ocasiones acaba con la vida autónoma de la persona. En este contexto, las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) aplicadas al entorno doméstico pueden jugar un papel importante, permitiendo que las personas ancianas vivan más tiempo, de forma independiente en su propio hogar, presentando, por tanto, una alternativa a la hospitalización o institucionalización de las mismas. Este trabajo da un paso más en este sentido, presentando el diseño y desarrollo de un Ambiente Inteligente en la cocina, que ayuda a las personas ancianas y/o con discapacidad a desempeñar sus actividades de la vida diaria de una forma más fácil y sencilla. Esta tesis realiza sus principales aportaciones en dos campos: El metodológico y el tecnológico. Por un lado se presenta una metodología sistemática para extraer necesidades de colectivos específicos a fin de mejorar la información disponible por el equipo de diseño del producto, servicio o sistema. Esta metodología se basa en el estudio de la interacción Hombre-Máquina en base a los paradigmas y modelos existentes y el modelado y descripción de las capacidades del usuario en la misma utilizado el lenguaje estandarizado propuesto en la Clasificación Internacional del Funcionamiento, de la Discapacidad y de la Salud (CIF). Adicionalmente, se plantea el problema de la evaluación tecnológica, diseñando la metodología de evaluación de la tecnología con la finalidad de conocer su accesibilidad, funcionalidad y usabilidad del sistema desarrollado y aplicándola a 61 usuarios y 31 profesionales de la gerontología. Desde un punto de vista técnico, se afronta el diseño de un ambiente asistido inteligente (Ambient Assisted Living, AAL) en la cocina, planteando y definiendo la arquitectura del sistema. Esta arquitectura, basada en OSGi (Open Services Gateway initiative), oferta un sistema modular, con altas capacidades de interoperabilidad y escalabilidad. Además, se diseña e implementa una red de sensores distribuida en el entorno con el fin de obtener la mayor información posible del contexto, presentando distintos algoritmos para obtener información de alto nivel: detección de caídas o localización. Todos los dispositivos presentes en el entorno han sido modelados utilizando la taxonomía propuesta en OSGi4AmI, extendiendo la misma a los electrodomésticos más habituales de la cocina. Finalmente, se presenta el diseño e implementación de la inteligencia del sistema, que en función de la información procedente del contexto y de las capacidades del usuario da soporte a las principales actividades de la vida diaria (AVD) en la cocina

SHELDON Smart habitat for the elderly.

An insightful document concerning active and assisted living under different perspectives: Furniture and habitat, ICT solutions and Healthcare

Cenários comunicacionais baseados em IOT para a promoção do bem-estar físico, psicológico e social dos séniores

The main objective of this research is to design and validate IoT based social hybrid scenario model that has the potential to promote psychological and physical wellbeing among older adults. The main reason to design and validate the model is age growth, older adults face psychological, physical and social well-being problems that increase mild cognitive impairment and frailty among older adults. Thus, to overcome older adults' problems, the study proposes and validates an IoT-based social hybrid scenario model. The model's features contain passive communication in which Drs, caregivers, and family members can monitor older adults' physical data from long distances. The model's features also contained intentional communication in which Older adults can interact online by text, audio, video calls, sharing images, and online activities such as painting, exercises and cooking. Moreover, older adults can do outdoor activities by inviting peers, friends or family members; the activities can be location-based IoT games, city tours, groups gardening and dinners. The outcomes of model validation will indicate how IoT characteristics can promote physical, psychological and social well-being and provide an opportunity for older adults to spend their life independently. The research that embodies this thesis includes 411 senior Portuguese Universities which are located mainland and on the island of Portugal. Using descriptive research methodology, where quantitative results are analysed, the results indicated a holistic scenario of passive and intentional communication in the context of well-being promotion among olderadults. from here, the social hybrid scenario is outlined, a hybrid model that offers passive and intentional communication between olderadults, family and medical doctors in the context of well-being promotion. The design and characteristics of the model are based on the existing knowledg, and needs of older adults, family members and also medical doctors. Such as model is a compound of passive and intentional characteristics that helps to reduce problem-related mental and physical health. The Passive and intentional communication characteristics are capable to create an environment for older adultsto take care of their psychological and physical health without any intervention and also increase their social physical and online activities, these activities help to promote the well-being of olderadults andd improve the daily lifestyle.O principal objetivo desta pesquisa é projetar e validar um modelo de cenário híbrido social baseado em IoT que tenha o potencial de promover o bem-estar psicológico e físico entre os idosos. A principal razão para projetar e validar o modelo é o crescimento da idade, os idosos enfrentam problemas psicológicos, físicos e de bem-estar social que aumentam o comprometimento cognitivo leve e a fragilidade entre os idosos. Assim, para superar os problemas dos idosos, o estudo propõe e valida um modelo de cenário híbrido social baseado em IoT. Os recursos do modelo contêm comunicação passiva na qual médicos, cuidadores e familiares podem monitorar os dados físicos dos idosos a longas distâncias. As características do modelo também contemplam comunicação intencional em que os idosos podem interagir online por meio de texto, áudio, videochamadas, compartilhamento de imagens e atividades online como pintura, exercícios e culinária. Além disso, os idosos podem fazer atividades ao ar livre convidando colegas, amigos ou familiares; as atividades podem ser jogos de IoT baseados em localização, passeios pela cidade, jardinagem em grupo e jantares. Os resultados da validação do modelo indicam como as características da IoT podem promover o bem-estar físico, psicológico e social e fornecer uma oportunidade para os idosos passarem sua vida de forma independente. A investigação que dá corpo a esta tese inclui 411 universidades portuguesas seniores localizadas no continente e na ilha de Portugal. Utilizando metodologia de pesquisa descritiva, onde são analisados resultados quantitativos, os resultados indicaram um cenário holístico de comunicação passiva e intencional no contexto da promoção do bem-estar entre idosos. a partir daqui, delineia-se o cenário social híbrido, um modelo híbrido que oferece comunicação passiva e intencional entre idosos, médicos de família e médicos no contexto da promoção do bem-estar. O desenho e as características do modelo baseiam-se no conhecimento existente e nas necessidades dos idosos, familiares e também médicos. Tal modelo é um composto de características passivas e intencionais que ajuda a reduzir os problemas relacionados com a saúde mental e física. As características de comunicação passiva e intencional são capazes de criar um ambiente para que os idosos cuidem de sua saúde psicológica e física e também aumentem suas atividades sociais físicas e online, essas atividades ajudam a promover o bem-estar dos idosos e melhorar o estilo de vida diário.Programa Doutoral em Informação e Comunicação em Plataformas Digitai