Modélisation d'une interaction système-résident contextuelle, personnalisée et adaptative pour l'assistance cognitive à la réalisation des activités de la vie quotidienne dans les maisons connectées

Alors que le nombre de personnes vivant avec des déficits cognitifs qui découlent d’un traumatisme craniocérébral (TCC) va en croissant, les technologies d’assistance sont de plus en plus développées pour résoudre les problèmes qu’ils induisent dans la réalisation des activités de la vie quotidienne. L’Internet des objets et l’intelligence ambiante offrent un cadre pour fournir des services d’assistance sensibles au contexte, adaptatifs, autonomes et personnalisés pour ces personnes ayant des besoins particuliers. Une revue de la littérature sur le sujet permet de constater que les systèmes existants offrent très souvent une assistance excessive, quand l’aide contient plus d’information que nécessaire ou quand elle est fournie automatiquement à chaque étape de l’activité. Cette assistance, inadaptée aux besoins et aux capacités de la personne, est contraire à certains principes de la réadaptation cognitive qui prônent la fourniture d’une assistance minimale pour encourager la personne à agir au meilleur de ses capacités. Cette thèse propose des modèles pour automatiser l’assistance cognitive sous forme de dialogue contextuel entre une personne ayant des déficits cognitifs dus au TCC et un système lui fournissant l’assistance appropriée qui l’encourage à réaliser ses activités par lui-même. Les principales contributions sont : (1) un modèle ontologique comme support de l’assistance cognitive dans les maisons connectées ; (2) un modèle d’interaction entre l’agent intelligent d’une maison connectée et une personne ayant subi un TCC, dans le cadre de l’assistance cognitive. Le modèle ontologique proposé s’appuie sur les actes de langages et les données probantes de la réadaptation cognitive afin que l’assistance reflète la pratique clinique. Il vise à fournir aux maisons intelligentes la sémantique des données nécessaires pour caractériser les situations où il y a besoin d’assistance, les messages d’assistance de gradations différentes et les réactions de la personne. Informé par le modèle ontologique, le modèle d’interaction basé sur des arbres de comportement (« behaviour trees ») permet alors à un agent intelligent de planifier dynamiquement la diffusion de messages d’assistance progressifs avec des ajustements si nécessaire, en fonction du profil et du comportement du résident de la maison connectée lors de l’accomplissement de ses activités. Une validation préliminaire montre l’applicabilité des modèles dans l’implémentation de scénarios relatifs à l’utilisation sécuritaire d’une cuisinière connectée dédiée aux personnes ayant subi un TCC

Sélection contextuelle de services continus pour la robotique ambiante

La robotique ambiante s'intéresse à l'introduction de robots mobiles au sein d'environnements actifs où ces derniers fournissent des fonctionnalités alternatives ou complémentaires à celles embarquées par les robots mobiles. Cette thèse étudie la mise en concurrence des fonctionnalités internes et externes aux robots, qu'elle pose comme un problème de sélection de services logiciels. La sélection de services consiste à choisir un service ou une combinaison de services parmi un ensemble de candidats capables de réaliser une tâche requise. Pour cela, elle doit prédire et évaluer la performance des candidats. Ces performances reposent sur des critères non-fonctionnels comme la durée d'exécution, le coût ou le bruit. Ce domaine applicatif a pour particularité de nécessiter une coordination étroite entre certaines de ses fonctionnalités. Cette coordination se traduit par l'échange de flots de données entre les fonctionnalités durant leurs exécutions. Les fonctionnalités productrices de ces flots sont modélisées comme des services continus. Cette nouvelle catégorie de services logiciels impose que les compositions de services soient hiérarchiques et introduit des contraintes supplémentaires pour la sélection de services. Cette thèse met en évidence la présence d'un important couplage non-fonctionnel entre les performances des instances de services de différents niveaux, même lorsque les flots de données sont unidirectionnels. L'approche proposée se concentre sur la prédiction de la performance d'une instance de haut-niveau sachant son organigramme à l'issue de la sélection. Un organigramme regroupe l'ensemble des instances de services sollicitées pour réaliser une tâche de haut-niveau. L'étude s'appuie sur un scénario impliquant la sélection d'un service de positionnement en vue de permettre le déplacement d'un robot vers une destination requise. Pour un organigramme considéré, la prédiction de performance d'une instance de haut-niveau de ce scénario introduit les exigences suivantes : elle doit (i)être contextuelle en tenant compte, par exemple, du chemin suivi pour atteindre la destination requise, (ii) prendre en charge le remplacement d'une instance de sous-service suite à un échec ou, par extension, de façon opportuniste. En conséquence, cette sélection de services est posée comme un problème de prise de décision séquentielle formalisé à l'aide de processus de décision markoviens à horizon fini. La dimensionnalité importante du contexte en comparaison à la fréquence des déplacements du robot rend inadaptées les méthodes consistant à apprendre directement une fonction de valeur ou une fonction de transition. L'approche proposée repose sur des modèles de dynamique locaux et exploite le chemin de déplacement calculé par un sous-service pour estimer en ligne les valeurs des organigrammes disponibles dans l'état courant. Cette estimation est effectuée par l'intermédiaire d'une méthode de fouille stochastique d'arbre, Upper Confidence bounds applied to TreesAmbient robotics aims at introducing mobile robots in active environments where the latter provide new or alternative functionalities to those shipped by mobile robots. This thesis studies the competition between robot and external functionalities, which is set as a service selection problem. Service selection consists in choosing a service or a combination of services among a set of candidates able to fulfil a given request. To do this, it has to predict and evaluate candidate performances. These performances are based on non-functional requirements such as execution time, cost or noise. This application domain requires tight coordination between some of its functionalities. Tight coordination involves setting data streams between functionalities during their execution. In this proposal, functionalities producing data streams are modelled as continuous services. This new service category requires hierarchical service composition and adds some constraints to the service selection problem. This thesis shows that an important non-functional coupling appears between service instances at different levels, even when data streams are unidirectional. The proposed approach focuses on performance prediction of an high-level service instance given its organigram. This organigram gathers service instances involved in the high-level task processing. The scenario included in this study is the selection of a positioning service involved in a robot navigation high-level service. For a given organigram, performance prediction of an high-level service instance of this scenario has to: (i) be contextual by, for instance, considering moving path towards the required destination, (ii) support service instance replacement after a failure or in an opportunist manner. Consequently, this service selection is set as a sequential decision problem and is formalized as a finite-horizon Markov decision process. Its high contextual dimensionality with respect to robot moving frequency makes direct learning of Q-value functions or transition functions inadequate. The proposed approachre lies on local dynamic models and uses the planned moving path to estimate Q-values of organigrams available in the initial state. This estimation is done using a Monte-Carlo tree search method, Upper Confidence bounds applied to TreesPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

Composition dynamique de services sensibles au contexte dans les systèmes intelligents ambiants

With the appearance of the paradigms of the ambient intelligence and ubiquitaire robotics, we attend the emergence of new ambient intelligent systems to create and manage environments or intelligent ecosystems in a intuitive and transparent way. These environments are intelligent spaces characterized in particular by the opening, the heterogeneousness, the uncertainty and the dynamicité of the entities which establish(constitute) them. These characteristics so lift(raise) considerable scientific challenges for the conception(design) and the implementation of an adequate intelligent system. These challenges are mainly among five: the abstraction of the representation of the heterogeneous entities, the management of the uncertainties, the reactivity in the events, the sensibility in the context and the auto-adaptationAvec l'apparition des paradigmes de l'intelligence ambiante et de la robotique ubiquitaire, on assiste à l'émergence de nouveaux systèmes intelligents ambiants visant à créer et gérer des environnements ou écosystèmes intelligents d'une façon intuitive et transparente. Ces environnements sont des espaces intelligents caractérisés notamment par l'ouverture, l'hétérogénéité, l'incertitude et la dynamicité des entités qui les constituent. Ces caractéristiques soulèvent ainsi des défis scientifiques considérables pour la conception et la mise en œuvre d'un système intelligent adéquat. Ces défis sont principalement au nombre de cinq : l'abstraction de la représentation des entités hétérogènes, la gestion des incertitudes, la réactivité aux événements, la sensibilité au contexte et l'auto-adaptation face aux changements imprévisibles qui se produisent dans l'environnement ambiant. L'approche par composition dynamique de services constitue l'une des réponses prometteuses à ces défis. Dans cette thèse, nous proposons un système intelligent capable d'effectuer une composition dynamique de services en tenant compte, d'une part, du contexte d'utilisation et des diverses fonctionnalités offertes par les services disponibles dans un environnement ambiant et d'autre part, des besoins variables exprimés par les utilisateurs. Ce système est construit suivant un modèle multicouche, adaptatif et réactif aux événements. Il repose aussi sur l'emploi d'un modèle de connaissances expressif permettant une ouverture plus large vers les différentes entités de l'environnement ambiant notamment : les dispositifs, les services, les événements, le contexte et les utilisateurs. Ce système intègre également un modèle de découverte et de classification de services afin de localiser et de préparer sémantiquement les services nécessaires à la composition de services. Cette composition est réalisée d'une façon automatique et dynamique en deux phases principales: la phase offline et la phase online. Dans la phase offline, un graphe global reliant tous les services abstraits disponibles est généré automatiquement en se basant sur des règles de décision sur les entrées et les sorties des services. Dans la phase online, des sous-graphes sont extraits automatiquement à partir du graphe global selon les tâches à réaliser qui sont déclenchées par des événements qui surviennent dans l'environnement ambiant. Les sous-graphes ainsi obtenus sont exécutés suivant un modèle de sélection et de monitoring de services pour tenir compte du contexte d'utilisation et garantir une meilleure qualité de service. Les différents modèles proposés ont été mis en œuvre et validés sur la plateforme ubiquitaire d'expérimentation du laboratoire LISSI à partir de plusieurs scénarii d'assistance et de maintien de personnes à domicil

AppsGate, un écosystème domestique programmable : "vivre avec" comme retour d'expérience

International audienceWe present an experience with the development and evaluation of AppsGate, an ecosystem for the home that can be programmed by end-users. We show the benefits from using the homes of the project team members as real-life living-labs. In particular, we discuss the first person perspective experience as an effective way to conduct longitudinal experiments in real world settings. We conclude that a programmable habitat is desirable provided that attention cost is minimizedCet article présente un retour d’expérience avec la mise en oeuvre et l’évaluation d’AppsGate, un écosystème domestique programmable par l’habitant. Nous montrons l’apport de l’utilisation des domiciles de membres du projet tout au long du processus de développement, et notamment l’intérêt de « vivre avec » comme technique d’expérimentation longitudinal

Faciliter la téléopération d'un robot mobile non-holonome (application au maintien à domicile des personnes âgées)

Le maintien de personnes âgées au domicile le plus longtemps possible est censé apporter une réponse à la croissance de l espérance de vie en occident et a des coûts toujours croissants pour la société. ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet CompanionAble, qui vise a fournir une solution intégrée maison intelligente - robot aux personnes âgées, vivant seules. L'objectif est de maintenir un confort en fin de vie à un niveau élevé et à traiter les situations dangereuses pour elles, comme les chutes, avant que les conséquences ne deviennent trop importantes. Les éléments qui m intéressent dans ce cadre sont le robot et l opérateur, qui se trouve à l extérieur de la maison, et qui peut téléopérer le robot en vue d interagir avec la personne âgée, soit pour des activités ludiques (visioconférence, exercices de stimulation cognitive), soit pour des situations d urgence (chute, perte de connaissance de la personne âgée). Pour maintenir les coûts du système à un niveau raisonnable, on a envisagé l utilisation de l internet public pour la connexion entre le site maître (où se trouve l opérateur) et le site esclave (où se trouve le robot). Une autre spécificité du notre système est le fait que les utilisateurs ne sont pas des spécialistes de la téléopération. J ai donc cherché à faciliter la tâche de pilotage du robot, dans ce contexte spécifique. Du côté de l interface, on a cherché à aider l opérateur traitant les problèmes liés aux délais de transmission (possibles à cause de l utilisation de l internet) et lui donner la possibilité d utiliser une interface écologique, qui utilise des éléments de réalité augmentée. Du côté du robot, on a rajouté un nouveau mode de commande, semi-autonome, pour que l opérateur soit plus à l aise pendant qu il le déplace. Pour finir, on a examiné la possibilité de passer d un mode de commande à un autre, pour que l opérateur soit le moins affecté que possible par des perturbations et que les performances du système restent acceptables. Les solutions proposées ont été implantée sur un système réel et évaluées au laboratoire et en situations réelles dans le cadre du projet européen CompanionAble.Enabling older people to live in their homes as long as possible is supposed to respond to the growth of life expectancy in the west and the increasing costs to society. The present thesis was conducted in the framework of the companionable, which aims to provide an integrated smart home - robot for the elderly, which are living alone. The objective is to maintain the end of life comfort at a high level and to deal with dangerous situations for them, such as falls, before the consequences become too costly. The elements that interest me in this context are the robot and the remote operator, which is outside the home, and can teleoperate the robot to interact with the elderly, for recreational activities ( videoconferencing, cognitive stimulation exercises) or for emergency situations (falls, loss of consciousness, etc.). To keep the system costs to a reasonable level, we considered using the public internet as the connection between the master site (where the operator is) and the slave site (where the robot is). another unique feature of our system is that users are not specialists in teleoperation. As such, i tried to ease the task of controlling the robot, in this specific context. On the remote control interface side, we tried to help the operator in dealing with the problems associated with transmission delays (due to the possible use of the internet) and we gave him/her the option of using an ecological interface, which uses elements of augmented reality. On the robot side, we added a new command mode, semi-autonomous, so that the operator is more at ease as he/she controls the robot. finally, we examined the possibility of switching from one control mode to another, so that the operator is the least affected by possible disturbances and system performance is kept acceptable. The proposed solutions have been implemented on a real system and evaluated in the laboratory and in real situations, in the framework of the european CompanionAble project.EVRY-Bib. électronique (912289901) / SudocSudocFranceF

Étude empirique de huit cas d'application de la réalité augmentée spatiale pour la communication événementielle

RÉSUMÉ : Le secteur des Nouvelles Technologies de l’Information et des Communications (NTIC) a créé de nouvelles attentes chez les consommateurs (mobilité, recherche de lien social, besoin de divertissement…) et a profondément bouleversé les schémas de communication traditionnelle. Pour répondre à ces nouvelles problématiques, de nouvelles approches de médiation ont fait leur apparition au sein des agences de communications. Depuis quelques années, l’usage de la Réalité Augmentée Spatiale (RAS), consistant à faire coexister spatialement et temporellement un monde virtuel avec le monde réel pour l'utilisateur placé dans l'environnement de réalité mixte, a permis aux agences de communication de mettre en place un nouveau modèle d’affaires, misant sur la dimension virale qu’ont les réalisations innovantes sur les réseaux sociaux. Certaines vidéos mettant en scène la dimension spectaculaire de la RAS à des fins publicitaires ont ainsi été partagées et visionnées plusieurs millions de fois, permettant de maximiser la diffusion du message publicitaire à moindre coût, grâce au partage des internautes. Le problème soulevé par cette recherche est le manque de littérature opérationnelle concernant ces prestations de services émergents. Les tâches de conception sont nombreuses, contextuelles et interconnectées, et impliquent plusieurs corps de métiers. Aussi, il est difficile de spécifier les fonctions d’usages de l’objet à concevoir principalement à cause de l’absence d’objet préexistant ou de client capable de formuler une demande claire. Il s’agit pour les acteurs de ces projets de conception innovante de créer des environnements de réalité mixte dans un environnement non contrôlé. Dans le cadre d'une communication événementielle nécessitant le développement d'un système de de Réalité Augmentée Spatiale (SRAS), cette recherche a pour objectif de répondre aux questions suivantes : quelles sont les tâches à faire, quelle est la démarche à suivre, à quels types de spécialistes faut-il faire appel, quels sont les outils informatiques à utiliser, et quels défis pratiques se posent? Nous espérons ainsi contribuer à l’amélioration des processus de développement et à la gestion de la connaissance associée à un champ d’applications industrielles émergentes. La méthode retenue pour ce projet de recherche est celle de la Recherche-Action (R-A). Elle a été réalisée dans le cadre d’un partenariat industriel de deux ans avec une agence de communication de nouveaux médias spécialisée dans les installations de projections à grande échelle et les expériences immersives et interactives. Au cours de ces deux années en milieu pratique, nous avons activement collaboré au développement de huit installations de RAS pour des cas de communication événementielle. La première contribution de ce mémoire, à travers la présentation de huit cas de projets industriels d’augmentations spatiales, est de permettre la réutilisation des processus opérationnels mis en place et des solutions techniques développées éprouvées par la pratique. Pour chaque cas, nous explicitons le mandat du commanditaire, le concept et le scénario d’augmentation retenu pour répondre aux besoins d'estime et d'usage, et les stratégies employées pour assurer la cohérence spatiale et temporelle de l'augmentation de la réalité. Ces cas permettront ainsi aux concepteurs d’appréhender les propriétés hédoniques et pragmatiques associées à ces produits émergents et représentent autant de pistes pour relever les défis qui se poseront lors de la conception de nouveaux SRAS. La deuxième contribution de ce mémoire est la proposition d'une démarche de conception et de réalisation dédiée. Pour cela, nous nous sommes basés sur nos expériences pratiques, nos observations et l’analyse du développement de ces huit produits de RAS. Nous explicitons la pluralité des expertises nécessaires, les tâches de conception génériques des différents acteurs et leurs interconnexions. Nous avons formulé des lignes directrices pour les tâches associées à l’augmentation numérique d’un environnement physique en contexte industriel (conception de l’expérience, conception matérielle et logicielle) et pour l’établissement du cadre de référence, permettant de faire le pont entre les dimensions réelle et virtuelle durant le développement. La troisième contribution de ce mémoire est l'analyse comparative de différents processus opérationnels pour la RAS par projection vidéo et des outils informatiques utilisables. Nous en avons utilisé certains pour des besoins réels de projets d’augmentation, ce qui nous a permis d’identifier leurs limites opérationnelles, de les indexer, et de formuler des conseils concernant leur utilisation contextuelle. Ce projet de recherche vise ainsi globalement à regrouper et structurer le savoir-faire technique et méthodique d'experts pionniers de l'usage de la RAS en tant que prestation de service de communication.----------ABSTRACT : The sector of New Technologies of Information and Communications (NICT) has created new expectations among consumers (mobility, social link seeking, entertainment need...) and profoundly disrupted traditional strategies for communication. To meet these new challenges, new approaches have appeared in communications agencies. In recent years, the use of Spatial Augmented Reality (SAR), consisting in overlaying an object or a physical environment with a digital layer of video, enabled agencies to establish a new business model, focusing on the viral dimension of innovative achievements on social networks. Indeed, some videos featuring the spectacular dimension of SAR for advertising purposes have been shared and viewed millions of times, maximizing the dissemination of the advertisement cost. The problem raised by this research is the lack of literature on the operational aspects of those emerging services and the design process of Spatial Augmented Reality Systems (SARS). Tasks are numerous, contextual, interconnected and involve several types of expertise. Our study is intended to help the designers of these projects by structuring the technical and methodical know-how. We hope to contribute to improve the development processes and the knowledge management associated with an emerging field of industrial applications. The method used for this research is Action Research. It was conducted as part of an industrial two-year partnership with a communication agency specializing in new media installations and large-scale projections experiences. During these two years in practice environment, we worked on the development of eight SARS used for event communication cases. The first contribution of this memoir is to present these eight cases of industrial projects to enable the reuse of processes and technical solutions that were developed. We described the mandate of the sponsor, the concept and scenario retained to meet his needs, and the strategies used to ensure spatial and temporal coherence of the augmentation of the reality for the end user. These cases should allow designers to understand the pragmatic and hedonic properties associated with these emerging products and represent examples for facing their own challenges when designing a specific SARS. The second contribution of this memoir is to suggest an approach to design SARS, based on our practical experience, our observations and the iterative development of these eight products. We expose the plurality of expertise that was required, the generic design tasks of the various actors and their interconnections. We have developed guidelines for the design tasks associated with the augmentation of a physical environment in an industrial context (experience design, hardware and software design) and have established a reference framework, building a bridge between the real and virtual dimension during the development of SARS. The third contribution of this memoir is a comparative analysis of different processes for projection mapping and of different computer tools used to fill the needs of this sector. We used some of them in the eight projects, which allowed us to identify their operational limits and give advice on their contextual uses

Composition adaptative de services pour l’Internet des objets

L'internet des objets (IoT) est une technologie émergente, qui représente l’intégration ou la fusion de l'espace d'information et de l'espace physique. Au fil du temps, l’IoT est devenu de plus en plus populaire dans plusieurs endroits. Afin de répondre à la demande compliquée des utilisateurs, la plupart des appareils IoT ne fonctionnent pas seuls, une composition de services multiples doit être effectuée et elle est définie comme la composition de services. Pour des raisons de conductivités, pannes, batterie, charge et autres, la disponibilité des services IoT est imprévisible. Cette imprévisibilité de la disponibilité et l'évolution dynamique des besoins des utilisateurs, font que la composition du service doit gérer cette dynamique et s'adapter à de nouvelles configurations non prévues à la conception. La composition adaptative des services consiste à modifier le système pour lui permettre de se comporter correctement dans différents contextes afin d'assurer la disponibilité des services offerts, afin de répondre à une situation non prévue lors de la phase de conception. De ce fait, notre objectif est de proposer une méthode de composition de services IoT adaptative et sensible au contexte afin de satisfaire les besoins des utilisateurs. Dans notre travail, nous considérons que la croissance de l'Internet des Objets (IoT) implique la disponibilité d'un très grand nombre de services qui peuvent être similaires ou identiques, la gestion de la Qualité de Service (QoS) permet de différencier un service d'un autre. La composition de services offre la possibilité d'effectuer des activités complexes en combinant les fonctionnalités de plusieurs services au sein d'un seul processus. Très peu de travaux ont présenté une solution de composition de services adaptative gérant les attributs de QoS, en plus dans le domaine de la santé, qui est l'un des plus difficiles et délicats car il concerne la précieuse vie humaine. Dans cette thèse, nous présenterons une approche de composition de services adaptative sensible aux QoS basée sur un algorithme génétique multipopulation dans un environnement Fog-IoT. Notre algorithme P-MPGA implémente une méthode de sélection intelligente qui nous permet de sélectionner le bon service. En outre, PMPGA implémente un système de surveillance qui surveille les services pour gérer le changement dynamique des environnements IoT. Les résultats expérimentaux montrent les excellents résultats du P-MPGA en termes de temps d'exécution, de valeurs de fitness moyennes et de rapport temps d'exécution / meilleure valeur de fitness malgré l'augmentation de la population. P-MPGA peut rapidement obtenir un service composite satisfaisant les besoins de QoS de l'utilisateur, ce qui le rend adapté à un environnement IoT à grande échelle

Analyse, modélisation et implémentation de stratégies d’assistance : déploiement d’orthèses cognitives pour les activités instrumentales de la vie quotidienne des traumatisés crâniens

De nos jours, les traumatismes cranio-cérébraux (TCC) sévères sont considérés comme un problème de santé publique au plan mondial. En effet, un TCC sévère engendre des répercussions importantes dans la vie des personnes l’ayant subi. Ces répercussions sont liées aux dysfonctionnements cognitifs, émotionnels et comportementaux. Ces troubles occasionnent une baisse, souvent très importante, de leur indépendance dans la réalisation des Activités Instrumentales de la Vie Quotidienne (AIVQ), telles que préparer un repas, gérer ses finances, utiliser son téléphone, conduire une automobile, faire des achats, etc. Très souvent, les personnes ayant subi un TCC sévère doivent retourner vivre au sein de leur domicile malgré les grandes difficultés liées à leur état. Les TCC sévères ressentiront très souvent le besoin d’assistance pour la réalisation des AIVQ. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un grand projet de recherche financé par les Instituts de recherche en santé du Canada et le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et en Génie du Canada (CRSNG). En particulier, le Projet de Recherche Concertée sur la Santé (PRCS). L’objectif de cette thèse, au sein de ce projet, consiste à concevoir, représenter, formaliser et implémenter une structure d’assistance cognitive contextuelle et adaptative selon le profil des personnes atteintes de TCC sévère pour la réalisation des AIVQ. Cette assistance favorisera leur indépendance dans la réalisation des AIVQ au sein de leur domicile. La conception de cette assistance cognitive numérique implique un travail interdisciplinaire entre l’ergothérapie et l’informatique, afin de passer de la pratique d’assistance fournie par des cliniciens à la formulation formelle et à l’implémentation. Cette conception s’appuie sur une démarche de conception participative qui sollicite principalement les résidents d’un milieu d’hébergement alternatif domotisé.Abstract: Severe Traumatic Brain Injury (TBI) is considered a public health problem. Indeed, severe TBI causes significant cognitive, emotional and behavioral repercussions that impact the lives of these individuals, particularly their ndependence in Instrumental Activities of Daily Living (IADLs). Individuals who have experienced severe TBI frequently return to live in their homes despite the severe difficulties associated with their condition, though the need for assistance to perform IADLs frequently persists. The objective of this thesis is to design, represent, formalize and implement a context-aware and adaptive structure of cognitive assistance. This assistance is created according to the general needs of individuals with severe TBI for IADL performance. The proposed assistance will promote their independence to perform IADL in a home environment. The design of this cognitive assistance technology involves an interdisciplinary collaboration between occupational therapy and computer science, to evolve from the assistance provided by the clinicians to a formal computer science formulation and implementation. This design is based on a participative design approach that mainly involves TBI residents of a smart alternative housing unit. A prototype of a cognitive orthotic for meal preparation (COOK) was created and deployed within an alternative housing unit. Implementation of this cognitive orthotic lifted the prohibition on use of a stove for meal preparation that had previously been placed on their residents. By allowing these residents to cook independently, COOK has contributed to helping them become more independent in cooking and more confident in their ability to do so

Prédiction et reconnaissance d'activités dans un habitat intelligent basées sur les séries temporelles et la fouille de données temporelles

L'assistance traditionnelle d'une personne atteinte de la maladie d'Alzheimer est une tâche difficile, coûteuse et complexe. La nécessité d’avoir une personne aidante presque tout le temps avec le patient épuise les ressources humaines et financières du système de santé. De plus, la relation est souvent compliquée entre l'aidant et le patient qui souhaite préserver son intimité. L'émergence du domaine de l'intelligence ambiante a permis la conception d’une assistance technologique où un agent artificiel, appelé aussi agent ambiant, vient aider et diminuer le temps passé par l’aidant dans l’habitat du patient. Comme dans l’assistance traditionnelle, l’agent ambiant observe le patient ou son environnement en analysant les mesures envoyées par les différents senseurs installés dans la maison qui est nommée par ce fait un habitat intelligent. Préférablement d’une façon non supervisée, l’agent ambiant se doit d’apprendre le comportement normal du patient qui peut se traduire par la création d’une structure qui définit les différentes activités de la vie quotidienne (AVQ) que le patient est habitué à effectuer. Ensuite, grâce à l’heure courante et aux récentes actions détectées, l’agent ambiant va essayer de reconnaître l’activité entamée par le patient pour être en mesure de détecter des erreurs et proposer de l’aide en comparant les comportements normaux aux récentes actions détectées. Plusieurs problèmes caractérisent cette nouvelle assistance, mais le plus grand défi de cette solution, qui réside dans l’étape de reconnaissance d’activités, est causé par le nombre très élevé des AVQs que nous appelons aussi le nombre d'hypothèses. En effet, comme chaque activité se compose de plusieurs actions, la reconnaissance d’activités se traduit donc par la recherche des récentes actions détectées parmi toutes les actions de toutes les AVQs, et ce, en temps réel. Dans cette thèse, nous proposons des contributions dans les différentes étapes de l’assistance technologique. Nous répondons essentiellement à la problématique de la reconnaissance d’activités par la réduction maximale, à un instant précis, du nombre d'hypothèses. Tout d’abord, nous explorons la fouille de données temporelles et nous présentons notre propre algorithme de création de comportements normaux d’une façon non supervisée. L’algorithme analyse l'historique des senseurs activés afin de découvrir les motifs fréquents fermés qui représentent les modèles d’activités. Ensuite, nous explorons les séries temporelles pour choisir la technique de prédiction la plus adéquate à la prédiction des temps de débuts des différentes AVQs. Une méthode probabiliste est détaillée par la suite pour réduire le nombre d’hypothèses et reconnaître l’activité entamée. Nous terminons notre approche par l’utilisation des séries temporelles multivariées pour la prédiction du temps d’activation de chaque senseur de l’activité reconnue, ce qui aide l’agent ambiant à bien choisir le moment d’intervention pour proposer de l’aide, si nécessaire. Notre approche se base essentiellement sur l'aspect temporel et n'offre pas juste une solution à la problématique de la reconnaissance d'activités, mais elle répond aussi à différentes erreurs, dont celles susceptibles d'être commises par les malades d’Alzheimer comme les erreurs d'initiations qui les empêchent d’amorcer des activités. La validation de notre approche et les tests de ses différentes étapes ont été effectués avec des données réelles enregistrées dans le Laboratoire d’Intelligence Ambiante pour la Reconnaissance d’Activités (LIARA) et les résultats sont satisfaisants