Gestensteuerung im Pflegeumfeld – Das Projekt GeniAAL

Grundlagen, Anwendungsfelder, Technologien und Erfahrungen

Thomas Keiser, Oliver Höß, Bernd Klein, Jens Neuhüttler, Heike Schneider, Tibor Vetter, Thomas Keiser, Oliver Höß, Bernd Klein, Jens Neuhüttler, Heike Schneider, Tibor Vetter

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2015
• ISBN drucken:
  9783734769658
• eBook-ISBN:
  9783738697742
• Auflage: 1
• Thema: Informatik
• Thema: Informatik Allgemein

Neue Interaktionsmethoden gewinnen in der IT immer mehr an Bedeutung. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass die Interaktionsmethode an das jeweilige Anwendungsfeld und den jeweiligen Anwenderkreis angepasst ist.In den letzten Jahren hat durch die technische Weiterentwicklung die Steuerung von Systemen durch Gesten und Körperbewegungen immer weiter an Bedeutung gewonnen. Vor allem in der Spieleindustrie ist diese Art der natürlichen und intuitiven Interaktion sehr erfolgreich.Das Projekt GeniAAL – Gestengesteuerte multi-modale Systeme im Ambient Assisted Living-Umfeld (AAL) – hatte die Zielstellung, den Einsatz der Gesten- und Bewegungssteuerung im Pflegeumfeld zu untersuchen und anhand von prototypischen Demonstrationsszenarien zu evaluieren. Das Projekt hatte eine Laufzeit von 2012 bis 2013 und wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Dieses Buch stellt die zusammengefassten Ergebnisse des Projekts dar.

Kapitel 1

Das Projekt GeniAAL

Thomas Keiser¹, Oliver Höß², Bernd Klein³, Jens Neuhüttler⁴, Heike Schneider⁵, Tibor Vetter⁶

¹ Tellur GmbH

² Hochschule für Technik Stuttgart

³ CIBEK GmbH

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

⁵ Dienste für Menschen gGmbH

⁶ Wohlfahrtswerk für Baden-Württemberg

Inhalt

• 1.1 Ausgangssituation
• 1.2. Gestensteuerung in der Pflege
• 1.3. Das Projekt GeniAAL
• 1.4. Szenarios
• 1.5. Das GeniAAL-Framework
• 1.6. Fazit
• 1.7. Aufbau des weiteren Dokuments

1.1 Ausgangssituation

IT-Systeme müssen nicht immer traditionell mit Tastatur und Maus bedient werden. In den letzten Jahren haben sich eine Reihe von Alternativen für die Bedienung von Geräten und Software-Systemen immer weiter verbreitet. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die Touch-Bedienung bei Smartphones und Tablet-PCs.

Aktuell ist der neueste Trend die berührungslose Bedienung von Systemen durch die optische Auswertung von Gesten. Diese Verfahren besitzen den Vorteil, dass eine Bedienung der Systeme auch mit einem gewissen räumlichen Abstand und oftmals sehr intuitiv durchgeführt werden kann.

Waren berührungslose gestengesteuerte Systeme vor einiger Zeit sehr kostenintensiv, ist heutzutage durch die Verfügbarkeit von Standard-Systemen, wie z. B. dem Microsoft Kinect-Sensor [MS14], eine kostengünstige Nutzung dieser Technologien möglich. Auch in Consumer-Geräten, wie z. B. der aktuellen Smart-TV-Generation, sind heutzutage teilweise bereits Komponenten zur Gestensteuerung eingebaut.

1.2 Gestensteuerung in der Pflege

Die meisten berührungslosen, gestengesteuerten Anwendungen sind aktuell im Entertainment-Umfeld zu finden, vor allem in Form von Spielen. Dort wird diese Art der Bedienung teilweise sehr gut vom Endanwender angenommen und verspricht einen besonderen Spielspaß sowie bei vielen Spielen sogar eine zusätzliche körperliche Betätigung. Der Spiele-Sektor ist auch geradezu prädestiniert für diese Art der Steuerung, da damit noch keine 100 prozentige Genauigkeit zu erzielen ist, und dies bei vielen Spielen keine gravierenden Auswirkungen hat.

Ein weiteres interessantes Anwendungsfeld von berührungslosen, gestengesteuerten Anwendungen ist das Pflege-Umfeld sowohl im häuslichen als auch stationären Bereich. Die oftmals in ihrer Bewegung eingeschränkten Gepflegten können durch derartige Anwendungen beispielsweise die Zimmer bzw. Gebäudeeinrichtung steuern. Das Pflegepersonal kann durch eine Gestensteuerung sowohl die IT-Systeme als auch die Einrichtung des Pflegezimmers steuern und hat gleichzeitig die Hände für die Verrichtung ihrer Pflegetätigkeit frei. Des Weiteren wird durch die berührungslose Steuerung die Übertragung von gefährlichen Keimen reduziert bzw. vermieden, die immer noch ein großes Problem im Pflege- und Krankenhaus-Umfeld darstellen.

1.3 Das Projekt GeniAAL

Im Projekt GeniAAL (Gestengesteuerte multi-modale Systeme im AAL-Umfeld), das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter den Förderkennzeichen 01IS11032A bis F gefördert wird, wurden die Anwendungspotenziale der Gestensteuerung im AAL-Umfeld (Ambient Assisted Living) untersucht und geeignete Applikationen für die Endanwender entwickelt (siehe auch [HK13], [HKP13], [NV14] und [SZP13]).

Unter Ambient Assisted Living versteht man die Bereitstellung von altersgerechten Assistenzsystemen für ein gesundes und unabhängiges Leben im Alter, was in unserer alternden Gesellschaft eine immer größere Bedeutung erlangt.

Abbildung 1: Struktur des GeniAAL-Konsortiums

Um möglichst anwendernahe Lösungen zu erreichen, wurden in das Projektkonsortium unterschiedliche Arten von Partnern integriert (siehe Abbildung 1):

• Entwicklungspartner, die die Aufgabe haben, die GeniAAL-Applikationen sowie das GeniAAL-Framework zu entwickeln: Im Projekt sind dies die Tellur GmbH, die HFT Stuttgart sowie die CIBEK GmbH.
• Anwendungspartner, die die Aufgabe haben, die Anforderungen an die Lösung zu definieren sowie die im Projekt entstehenden Ergebnisse zu evaluieren: Im Projekt sind dies die beiden Anbieter von Altenhilfe- und Pflegedienstleistungen Wohlfahrtswerk für Baden-Württemberg und Dienste für Menschen gGmbH.
• Eine neutrale wissenschaftliche Begleitung, die u.a. die Aufgabe hat, den Anforderungs- und Evaluationsprozess neutral zu begleiten: Im Projekt ist dies das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO).

Die Gesamtprojektleitung wurde von der Tellur GmbH übernommen.

Abbildung 2: Vorgehensweise im Projekt GeniAAL

In Abb. 3 ist die grundsätzliche Vorgehensweise im Projekt dargestellt. In einem ersten Schritt wurden unterschiedliche Anwendungsszenarios untersucht, in denen die Gestensteuerung einen wesentlichen Mehrwert bietet und nicht einfach durch andere Technologien substituiert werden kann.

Die darauf folgende Entwicklungsphase wurde iterativ gestaltet, d.h. es wurden nach einem agilen Prozessmodell in mehreren Iterationen Anforderungen aufgenommen, eine entsprechende Konzeption erstellt bzw. verfeinert und dann umgesetzt. Anschließend wurden die neuen Versionen intern getestet und es wurde das Feedback der Anwendungspartner eingeholt, das dann in die nächste Iteration einfließen konnte.

Dieses Vorgehen war sinnvoll und zielführend, da aufgrund der neuen Technologien sowohl bei den Anwendungspartnern als auch bei den Entwicklungspartnern nicht im Vorfeld genau klar war, welche Funktionen in welchen Szenarios und mit welchen Bedienkonzepten umgesetzt werden konnten (siehe auch Kap. 9).

Bei der Konzeption und Entwicklung musste jeweils zwischen den GeniAALApplikationen, die einzelne Szenarios umsetzen und dem GeniAAL-Framework, in dem Querschnittsfunktionalitäten enthalten sind, unterschieden werden.

1.4 Szenarios

Im Rahmen eines Analyseprozesses wurden unterschiedliche denkbare Szenarios untersucht. Nach einer Priorisierung wurde im Konsortium entschieden, die drei folgenden Szenarios umzusetzen:

• Szenario gestengesteuerte Wunddokumentation: Bei der stationären Pflege müssen oftmals Behandlungstätigkeiten durchgeführt werden, die eine Bild-Dokumentation erfordern. In traditionellen Szenarios muss der Pflegende dazu zwischen dem zu Pflegenden und der Kamerabedienung wechseln, was eine Unterbrechung der Arbeit bedeutet und eine Übertragung von Keimen ermöglicht bzw. eine Desinfektion erfordert. Im GeniAAL-Szenario Wunddokumentation kann die Kamera durch Gesten berührungslos gesteuert werden (inkl. Ausrichtung und Vergrößerung) und es kann per Geste ein Bild ausgelöst werden, so dass der Pflegende seine Hände ausschließlich für die eigentliche Pflegetätigkeit einsetzen kann (siehe Kap. 4).
• Szenario Fitness-Einstufung / Reha-Detect: Im Rahmen eines Pflege-Prozesses werden in der Regel zu verschiedenen Zeitpunkten Tests durchgeführt, auf deren Basis der Gesundheitszustand bzw. die gesundheitliche Entwicklung des zu Pflegenden beurteilt werden kann. Im Rahmen von GeniAAL wurde eine spielähnliche Anwendung entwickelt (reha-Detect), die unterschiedliche Übungen bzw. Tests umsetzt, die sich auf die Mobilität der Pflegebedürftigen beziehen. Beispielsweise kann berührungslos optisch gemessen werden, wie schnell ein Aufstehvorgang durchgeführt werden kann oder wie die Balance im Einbeinstand gehalten wird. Die Ergebnisse einschließlich Bewegungsablauf werden visualisiert und gespeichert, so dass die Entwicklung der Ergebnisse über die Zeit analysiert werden kann (siehe Kap. 4 und 6).
• Szenario Steuerung der Pflegeeinrichtungsgegenstände: In diesem Szenario wurde eine Anwendung auf Basis des PAUL-Systems des Partners CIBEK entwickelt, mit der die Einrichtung des Pflegezimmers, wie z. B. Betten oder die Beleuchtung, über Gesten gesteuert werden kann. Des Weiteren können auch unterschiedliche Informations- und Kommunikationswerkzeuge, wie z. B. Skype-Konferenzen oder TV-bzw. Radioprogramme, über Gesten bedient werden (siehe Kap. 7).

Im Rahmen des Projekts wurden die beschriebenen Szenarios durch Prototypen umgesetzt. Die Entwicklung erfolgte mit .NET-Technologien unter Verwendung des GeniAAL-Frameworks, das Funktionalitäten kapselt, die in mehreren konkreten Applikationen benötigt werden.

1.5 Das GeniAAL-Framework

Da bereits relativ früh klar war, dass die einzelnen Szenarios aufgrund ihres unterschiedlichen Anwendungsfeldes unterschiedliche Benutzeroberflächen benötigen, aber dennoch gewisse einheitliche Funktionalitäten in allen Szenarios benötigt werden, wurde der Entwicklungsvorgang in die Entwicklung der konkreten Szenarios sowie in die Entwicklung des GeniAAL-Frameworks, das gemeinsam benötigte Funktionalitäten bereitstellt, aufgeteilt.

Das GeniAAL-Framework erweitert und kapselt die Funktionalität des zugrundeliegenden Microsoft Kinect SDKs (Software Development Kit) und ist wie das SDK ebenfalls unter Verwendung von .NET-Technologien entwickelt worden.

Abbildung 3: Grobstruktur des GeniAAL-Frameworks

Das GeniAAL-Framework ist selbst wiederum aus einzelnen Komponenten aufgebaut. Einerseits können durch eine erweiterbare PlugIn-Architektur die unterschiedlichen Datenströme (Tiefen- und Farbbilder, Gesten und Sprache) abgegriffen werden. Andererseits kann das Framework über Konfigurations-komponenten flexibel konfiguriert werden und es können je nach Anwendungszweck Ereignisse mit Aktionen in den jeweiligen Anwendungen verknüpft werden (Mapping). Eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten findet sich in Kap. 5.

Die einzelnen Anwendungen bzw. Szenarios werden unter Verwendung des insbesondere im .NET-Umfeld sehr verbreiteten und bewährten MVVM-Patterns (Model/View/ViewModel) umgesetzt.

1.6 Faz...

Inhaltsverzeichnis

• Motto
• Vorwort
• Inhaltsverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• 1 Das Projekt GeniAAL
• 2 Erkennung von Körperbewegungen und Gesten in Pflege und Reha
• 3 Nutzerzentrierte Identifikation eines intuitiven Gestenvokabulars zur Steuerung von technischen Assistenzsystemen am Beispiel Pflege
• 4 Rehabilitation und berührungslose Dokumentation im Pflegeprozess - Anwendungsfelder für die Gestensteuerung mit Kinect
• 5 Entwicklung und Verwendung des GeniAAL Frameworks
• 6 Frameworkbasierte Entwicklung einer gestengesteuerten Anwendung in der Rehabilitation
• 7 Integration von Hausautomatisierungssystemen und gestengesteuerten Anwendungen
• 8 Evaluation der GeniAAL-Ergebnisse
• 9 Agile Entwicklung von gestengesteuerten Anwendungen
• Tellur Gesellschaft für Telekommunikation mbH
• CIBEK technology + trading GmbH
• Dienste für Menschen gGmbH
• Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO
• Hochschule für Technik Stuttgart
• Wohlfahrtswerk für Baden-Württemberg
• Impressum