Smart homes for aging in place


Researchers at the SAM3 “smart apartment” test heat-sensing technology that can show the complexity of meals.

Researchers in Ottawa are working with Canadian startups, multinational companies and other partners to develop smart technologies to transform our homes and support aging in place—a concept that is widely embraced in these COVID times.

Economical off-the-shelf sensors, novel new sensors and other devices are being adapted and enhanced to help older adults stay healthy, safe and independent, while reducing pressures on caregivers and the health-care system.

The ground-breaking work is connected to an AGE-WELL National Innovation Hub called SAM3 (Sensors and Analytics for Monitoring Mobility and Memory), launched in 2017 to address mobility and memory challenges faced by older adults. SAM3 is a partnership between AGE-WELL, Bruyère Research Institute and Carleton University.

“These are innovative uses of technology that could soon support the health and wellbeing of older adults throughout the home,” says Dr. Bruce Wallace, executive director of SAM3 and an adjunct professor of computer and systems engineering at Carleton. “The pandemic has underlined how important it is to help seniors live in their own homes as they age.”

Some of the new approaches were developed and tested in a one-bedroom “smart apartment” at Ottawa’s Élisabeth Bruyère Hospital, while others are being tested in the community, including the researchers’ own homes.

There is something for every room in the home.

In the kitchen, researchers are looking at adapting commercially available smart-home motion and contact sensors to monitor important spots like the sink, stove and fridge in order to estimate seniors’ nutritional intake, indicate their capacity for self-care and show any cognitive changes over time.

Through a partnership between AGE-WELL and Best Buy Canada, the company’s new Assured Living home activity monitoring system is being evaluated to see how it can be used by older adults and caregivers to enhance independence.

SAM3 researchers are looking at new applications for such sensor-based solutions so that “rather than just sensing movement, the technology collects information on activities of daily living, which are an essential measure of wellbeing,” says Dr. Frank Knoefel, a physician in the Bruyère Memory Program and senior investigator at Bruyère Research Institute.

Novel applications of heat-sensing thermal cameras, which are coming down in price with their use in fields such as home-energy audits, “could add an extra level of detail,” Dr. Knoefel says. Research is ongoing to enable alerts to the older adult or caregiver to hot-spots that suggest trouble, such as a burner mistakenly left on or a pot that has boiled dry.

Such technology could also show the complexity of meals, beverages and snacks being prepared, for example whether a person is heating up a prepared item or is cooking an entire meal from scratch. It could indicate if the person is making healthy food choices and give insights into his or her physical and cognitive abilities.

Dr. Frank Knoefel (Bruyère Research Institute) and Carleton University student Haoyang Liu are part of team working on sensor-based systems to assess sleep quality and monitor health during sleep.

“I believe the systems being developed will be a real game-changer for older adults and their caregivers,” says Dr. Knoefel. The technology will help identify patterns of behaviour and changes in routines that could be early signs of future health problems that can be averted. “We are getting closer to real solutions in real people’s lives.”

In the bedroom, research is focused on future technologies to include pressure-sensitive mats, potentially used as mattress-toppers, which are embedded with numerous sensors. These can be used to measure vital signs, assess sleep quality and track how much people move, showing whether they might be prone to pressure ulcers.

Several existing sensor-based mats, including a Best Buy Assured Living bed sensor, are being tested as potential ways to monitor changes in time spent in bed and bed exit frequency. Increased trips to the bathroom at night, for instance, could be a sign of a bladder infection. The team is also researching next-generation bed sensors combining optical sensors and an innovative gel from partner Hexyoo Scientific to expand capability and lower cost.

“Bed is a predictable place where we can learn a lot about people on an ongoing basis through this technology,” explains Dr. Rafik Goubran, a principal investigator on the project who is a professor of engineering and vice-president, Research and International, at Carleton. For instance, he says that data extracted from the mat can indicate important clinical information such as breathing patterns, sleep apnea, sleep quality and bed-exit characteristics.

Bruyère research coordinator Laura Ault demos a sensor that is part of a wandering detection and diversion system which uses motion, contact and bed sensors to detect a sleeper’s movements if they wander out of bed.

The idea is that data collected from sensors is sent to the cloud for processing. Telus is collaborating on this part of the work. An IBM data analytics tool is being used to help extract information from the data. After data processing, a number of things could then happen: the older adult might receive a voice prompt; a caregiver could be notified; or, in the case of a serious problem like a fall, 911 would be contacted.

Dr. Goubran notes that these kinds of smart-home systems will be important for Canadians of all ages recovering at home after being in hospital. “Patients could be sent home earlier if there were monitoring systems in the home setting that could alert health professionals to individuals who may not be recovering well.”

In the bathroom, older adults are especially prone to falls. It is critical to prevent falls, and to ensure that seniors carry out the steps of proper hygiene. Here SAM3 researchers are working in partnership with a Montreal company called Aerial Technologies that employs wifi signals to detect users’ motion and determine their actions. The technology, which monitors changes in wifi network patterns as someone moves about a space, is non-invasive and gets around the use of video cameras, which would inevitably raise privacy concerns.

Throughout the house, a night-time wandering detection and diversion system for people with dementia developed by the Champlain Local Health Integration Network and SAM3 has already been tested in 20 homes in Ottawa. Results show the system is effective in reducing some caregiver stress. It uses sensors, special lighting and prompts to detect people’s movements when they get out of bed and encourage them to return to sleep. The caregiver is only awakened if the person attempts to leave the house.

Lois Chetelat, 80, whose husband Gerard, 94, has dementia, tested the system for a month as a caregiver. She found that it helped her to feel less anxious and more secure. Her husband had previously wandered to the end of the street and into a neighbour’s yard, “and I was running on autopilot. My own health was deteriorating, because I couldn’t sleep at night.”

With the test system installed, “I could stay asleep knowing that Gerard couldn’t get out the door without my knowing,” says Chetelat, a former nurse who is a member of the SAM3 community advisory committee. “Anything that can help both the individual with dementia and the person caring for them is important. This research is critical.”

Lois and Gerard Chetelat, who has dementia, took part in a SAM3 study of a wandering detection and diversion system designed to support caregivers and people with dementia.

Dr. Wallace, SAM3’s executive director, says the night-time wandering product uses off-the-shelf smart-home technology, so it won’t be difficult to implement in people’s homes.

Another apartment-wide system being tested by SAM3 uses sensors connected through the television to keep track of the vital signs of older adults. For example, their heart rate and blood oxygen levels are captured using a finger sensor device and the results are relayed automatically through the TV, where the older adult or caregiver can easily view them and share with their health team. The technology is being developed in partnership with Safety Labs, which is also supported by Mitacs. It has a simple-to-use interface that’s commonly available in people’s homes, Dr. Wallace says. “It means that I don’t need to teach someone to use a complicated app, and they don’t need to have a smartphone or tablet.”

Also being evaluated are sensors that can be placed in corridors to measure people’s speed of walking as they move around their homes. The goal: to identify people at risk of falling―so that action can be taken. The sensor system, developed by researchers at Oregon Health & Science University, is being tested in people’s homes across North America. The AGE-WELL study is led by Dr. Goubran and Dr. Neil Thomas of Bruyère Research Institute.

Dr. Bruce Wallace, executive director, SAM3 with family caregiver Mary Huang. Caregivers and older adults are key players at SAM3.

Older adults and caregivers are key players at SAM3. “They identify the challenge or the problem, and they tell us in the bluntest way if we’ve got an answer that works,” says Dr. Wallace.

As with other AGE-WELL initiatives, the SAM3 hub brings together health professionals, researchers, trainees, and members of industry, not-for-profit organizations and government, as well as older adults and caregivers. AGE-WELL is a federally-funded Network of Centres of Excellence.

Dr. Heidi Sveistrup, CEO and chief scientific officer at Bruyère Research Institute as well as vice-president of research and academic affairs at Bruyère, says that clinicians and engineers must be able to engage with each other, while researchers and companies with products also have to collaborate.

“The SAM3 hub is unique and much-needed because it provides a place for this to happen,” she adds.



Photos taken by John Hryniuk in February 2020.

Des maisons intelligentes pour vieillir chez soi

Au « petit appartement » de SAM3, des chercheurs mettent à l’essai une technologie de détection de la chaleur qui peut montrer la complexité des repas.

Des chercheurs d’Ottawa travaillent avec des entreprises canadiennes en démarrage, des multinationales et d’autres partenaires pour mettre au point des technologies intelligentes afin de transformer nos maisons et de soutenir le vieillissement chez soi, un concept qui est largement adopté à l’époque de la COVID.

Des capteurs disponibles sur le marché à petit prix, de nouveaux capteurs et d’autres appareils sont en voie d’être adaptés et améliorés pour aider les adultes âgés à demeurer en santé, en sécurité et autonomes, tout en réduisant les pressions sur les aidants naturels et le système de santé.

Les travaux novateurs sont liés à un centre national d’innovation d’AGE-WELL appelé SAM3 (Capteurs et analytique de suivi mobilité-mémoire), lancé en 2017 pour relever les défis liés à la mobilité et à la mémoire auxquels font face les personnes âgées. SAM3 est une initiative commune d’AGE-WELL, de l’Institut de recherche Bruyère et de l’Université Carleton.

« Il s’agit d’utilisations novatrices de la technologie qui pourraient bientôt appuyer la santé et le bien-être des personnes âgées à la maison », affirme Bruce Wallace, directeur général de SAM3 et professeur auxiliaire en génie informatique et des systèmes à l’Université Carleton. « La pandémie a fait ressortir à quel point il est important d’aider les personnes âgées à vivre chez eux en vieillissant ».

Certaines des nouvelles approches ont été élaborées et mises à l’essai dans un « appartement intelligent » d’une chambre à coucher, à l’Hôpital Élisabeth-Bruyère d’Ottawa, tandis que d’autres sont mises à l’essai dans la collectivité, y compris dans les foyers des chercheurs eux-mêmes.

Il y a quelque chose pour chaque pièce de la maison.

Dans la cuisine, les chercheurs tentent d’adapter des capteurs de mouvement et de contact intelligents disponibles dans le commerce pour surveiller des endroits importants comme l’évier, la cuisinière et le réfrigérateur afin d’estimer l’apport nutritionnel des personnes âgées, d’indiquer leur capacité à prendre soin d’elles-mêmes et de montrer tout changement cognitif au fil du temps.

Grâce à un partenariat entre AGE-WELL et Best Buy Canada, le nouveau système de surveillance des activités à domicile « Vivez Rassurés » de l’entreprise est en cours d’évaluation pour voir comment il peut être utilisé par les personnes âgées et les aidants naturels pour accroître leur autonomie.

Les chercheurs de SAM3 étudient de nouvelles applications pour de telles solutions basées sur les capteurs afin que « la technologie, au lieu de seulement détecter le mouvement, recueille des informations sur les activités de la vie quotidienne, qui sont une mesure essentielle du bien-être », affirme le Dr Frank Knoefel, médecin du Programme de la mémoire Bruyère et chercheur principal à l’Institut de recherche Bruyère.

Selon le Dr Knoefel, de nouvelles applications pour des caméras thermiques de détection de chaleur, dont le prix diminue en raison de leur utilisation dans des domaines comme les vérifications de l’énergie domestique, « pourraient ajouter un niveau de détail supplémentaire ». Des recherches sont en cours pour alerter la personne âgée ou l’aidant naturel de points chauds suggérant des problèmes, comme un brûleur laissé allumé par erreur ou une casserole qui chauffe à vide.

Une telle technologie pourrait également montrer la complexité des repas, des boissons et des collations préparés, par exemple, si une personne réchauffe un mets préparé ou cuisine un repas complet à partir de zéro. Cela pourrait indiquer si la personne fait des choix alimentaires sains et donner un aperçu de ses capacités physiques et cognitives.

Le Dr Frank Knoefel (Institut de recherche Bruyère) et l’étudiant Haoyang Liu, de l’Université Carleton, font partie d’une équipe qui travaille sur des systèmes à capteurs pour évaluer la qualité du sommeil et surveiller la santé pendant le sommeil.

« Je crois que les systèmes en cours d’élaboration changeront vraiment la donne pour les personnes âgées et leurs aidants naturels », déclare le Dr Knoefel. La technologie aidera à définir les modèles de comportement et les changements dans les routines qui pourraient être des signes précoces de problèmes de santé futurs qui peuvent être évités. « Nous nous approchons des solutions qui font une vraie différence dans la vie des gens. »

Dans la chambre à coucher, la recherche est axée sur les technologies futures afin d’inclure des tapis sensibles à la pression, potentiellement utilisés comme surmatelas, qui sont intégrés à de nombreux capteurs. Ces derniers peuvent être utilisés pour mesurer les signes vitaux, évaluer la qualité du sommeil et suivre les mouvements des personnes, en indiquant si elles sont susceptibles d’avoir des plaies de pression.

Plusieurs tapis à base de capteurs existants, y compris un capteur de lit Vivez rassurés de Best Buy, sont mis à l’essai comme moyens potentiels de surveiller les changements dans le temps passé au lit et la fréquence de sortie du lit. L’augmentation du nombre de visites à la salle de bain le soir, par exemple, pourrait être un signe d’infection de la vessie. L’équipe étudie également des capteurs de lits de nouvelle génération combinant des capteurs optiques et un gel innovant de Hexyoo Scientific, un partenaire, afin d’accroître les capacités et de réduire les coûts.

« Le lit est un endroit prévisible où cette technologie nous permet d’en apprendre beaucoup sur les gens de façon continue », explique Rafik Goubran, chercheur principal du projet, qui est professeur d’ingénierie et vice-président de Research and International, à l’Université Carleton. Par exemple, il affirme que les données extraites du tapis peuvent indiquer des informations cliniques importantes telles que les schémas respiratoires, la présence d’apnée du sommeil, la qualité du sommeil et les caractéristiques de sortie du lit.

L’idée est que les données recueillies par les capteurs soient envoyées au nuage pour être traitées. Cette partie du travail est assurée en collaboration avec Telus. Un outil d’analyse des données d’IBM est utilisé pour aider à extraire des renseignements des données. Après le traitement des données, un certain nombre de choses pourraient alors se produire : la personne âgée pourrait recevoir un message vocal, un aidant naturel pourrait être averti ou, dans le cas d’un problème grave comme une chute, le 911 serait contacté.

M. Goubran fait remarquer que ce genre de système de maison intelligente sera important pour les Canadiens de tous âges qui se rétablissent à la maison après avoir été hospitalisés. « Les patients pourraient être renvoyés chez eux plus tôt s’il existait des systèmes de surveillance à domicile qui pourraient alerter les professionnels de la santé sur les personnes qui ne se rétablissent pas bien. »

La coordonnatrice de la recherche à Bruyère, Laura Ault, présente un capteur qui fait partie d’un système de détection et de détournement de l’errance qui utilise des capteurs de mouvement, de contact et de lit pour détecter les mouvements d’un dormeur qui sort du lit.

Dans la salle de bain, les personnes âgées sont particulièrement sujettes aux chutes. Il est essentiel de prévenir les chutes et de veiller à ce que les personnes âgées prennent les mesures d’hygiène appropriées. Ici, les chercheurs de SAM3 travaillent en partenariat avec une entreprise montréalaise appelée Aerial Technologies qui utilise des signaux wifi pour détecter les mouvements des utilisateurs et déterminer leurs actions. La technologie, qui surveille l’évolution des tendances dans les réseaux wifi à mesure que quelqu’un se déplace dans un espace, est non invasive et contourne l’utilisation des caméras vidéo, ce qui soulèverait inévitablement des préoccupations en matière de protection de la vie privée.

Partout dans la maison, un système de détection et de détournement de l’errance nocturne pour les personnes atteintes de démence développé par le Réseau local d’intégration des services de santé de Champlain et SAM3 a déjà été mis à l’essai dans 20 foyers d’Ottawa. Les résultats montrent que le système est efficace pour réduire le stress des aidants naturels. Il utilise des capteurs, un éclairage spécial et des messages pour détecter les mouvements des personnes lorsqu’elles sortent du lit et les encourager à y retourner. L’aidant naturel n’est réveillé que si la personne tente de quitter la maison.

Lois Chetelat, 80 ans, dont le mari, Gerard, âgé de 94 ans, est atteint de démence, a testé le système pendant un mois en tant qu’aidante naturelle. Elle a trouvé que cela l’aidait à se sentir moins anxieuse et plus en sécurité. Son mari s’était déjà promené au bout de la rue et dans la cour d’un voisin et, explique-t-elle : « je fonctionnais sur le pilote automatique. Ma propre santé se détériorait parce que je ne pouvais pas dormir la nuit ».

Avec le système d’essai installé, « je pouvais rester endormi en sachant que Gerard ne pourrait pas sortir à mon insu », déclare Chetelat, une ancienne infirmière qui est membre du comité consultatif communautaire de SAM3. « Tout ce qui peut aider la personne atteinte de démence et la personne qui prend soin d’elle est important. Cette recherche est essentielle. »

Lois et Gerard Chetelat, qui est atteint de démence, ont participé à une étude de SAM3 sur un système de détection et de détournement de l’errance conçu pour soutenir les aidants naturels et les personnes atteintes de démence.

M. Wallace, directeur général de SAM3 , affirme que le produit de détection de l’errance nocturne utilise une technologie de maison intelligente disponible sur le marché, de sorte qu’il ne sera pas difficile à mettre en place chez les gens.

Un autre système de surveillance à la grandeur d’un appartement testé par SAM3 utilise des capteurs connectés à la télévision pour suivre les signes vitaux des adultes âgés. Par exemple, leur fréquence cardiaque et leur taux d’oxygène dans le sang sont saisis à l’aide d’un capteur pour le doigt et les résultats sont transmis automatiquement à la télévision, où l’adulte plus âgé ou l’aidant naturel peut facilement les voir et les partager avec son équipe de santé. La technologie est mise au point en partenariat avec Safety Labs, qui est également appuyée par Mitacs. Elle fonctionne au moyen d’une interface simple d’utilisation qui est couramment disponible chez les gens, explique M. Wallace : « Cela signifie que je n’ai pas besoin d’apprendre à quelqu’un à utiliser une application compliquée et qu’il n’a pas besoin d’avoir un téléphone intelligent ou une tablette ».

Des capteurs qui peuvent être placés dans des corridors pour mesurer la vitesse de marche des gens lorsqu’ils se déplacent dans leur maison sont également à l’évaluation. L’objectif est d’identifier les personnes risquant de chuter afin que des mesures puissent être prises. Le système de capteur, mis au point par des chercheurs de l’Oregon Health & Science University, est mis à l’essai chez des gens partout en Amérique du Nord. L’étude AGE-WELL est dirigée par M. Goubran et le Dr Neil Thomas de l’Institut de recherche Bruyère.

Bruce Wallace, directeur général, SAM3, avec la soignante familiale Mary Huang. Les aidants naturels et les adultes âgés sont des acteurs clés du SAM3.

Les adultes âgés et les aidants naturels sont des acteurs clés de SAM3. « Ils cernent le défi ou le problème et nous disent de la façon la plus directe possible si notre réponse fonctionne », déclare M. Wallace.

Comme d’autres initiatives d’AGE-WELL, le centre SAM3 réunit des professionnels de la santé, des chercheurs, des stagiaires et des membres de l’industrie, d’organismes sans but lucratif et du gouvernement, ainsi que des adultes âgés et des aidants naturels. AGE-WELL est un Réseau de centres d’excellence financé par le gouvernement fédéral.

Selon Heidi Sveistrup, PDG et directrice scientifique de l’Institut de recherche Bruyère ainsi que vice-présidente de la recherche et des affaires académiques de Bruyère, les cliniciens et les ingénieurs doivent pouvoir s’engager les uns avec les autres, tandis que les chercheurs et les entreprises qui offrent des produits doivent également collaborer.

« Le centre SAM3 est unique et très nécessaire parce qu’il offre un endroit où cela est possible », ajoute-t-elle.


Les photos ont été prises par John Hryniuk en février 2020.