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Sensor systems for the smart home

(Français)

Mobility and memory problems are among the most common challenges experienced by older adults—a reality that is not lost on Mary Huang, an engineer and MBA who has looked after her aging parents for several years.

Mary Huang

Mary Huang

The Ottawa resident stopped travelling and then took time off work to care for her father Peter, 90, who has vascular dementia and Alzheimer’s disease, and her mother Anna, 86, who suffers from vascular dementia, congestive heart failure and has had six falls in the last six months.

“I don’t sleep very well these days,” says Huang, who’s hoping to soon find relief in the vast array of new technologies being developed by an AGE-WELL National Innovation Hub called Sensors and Analytics for Monitoring Mobility and Memory (SAM3). It opened in Ottawa in November 2017 to address mobility and memory challenges among older people.

A collaboration between AGE-WELL, Bruyère Research Institute and Carleton University, SAM3 features an apartment laboratory resembling a typical home setting located at Élisabeth Bruyère Hospital and a design, development and test site at Carleton. The hub brings together health professionals, researchers, industry, non-profits, older people and caregivers to develop smart home systems and other technologies that keep seniors as healthy, safe and independent as possible.

Dr. Frank Knoefel (left) and Dr. Bruce Wallace with a pressure-sensitive mat designed to monitor an older adult’s health during sleep.

Dr. Frank Knoefel (left) and Dr. Bruce Wallace with a pressure-sensitive mat designed to monitor an older adult’s health during sleep.

“As people age, many develop health problems, as well as challenges with cognition and mobility,” says Dr. Frank Knoefel, a physician in the Bruyère Memory Program at Élisabeth Bruyère Hospital and senior investigator at Bruyère Research Institute. The technological solutions developed at SAM3 use economical off-the-shelf equipment like sensors which, when adapted and enhanced, can provide important information to family and health professionals. It’s all with the aim of supporting aging-in-place.

It can be as simple as a sensor placed over a stove to indicate that a pot has boiled dry. Other sensor systems can light the way to the bathroom or perceive wandering behaviours (see article below). Pressure-sensitive mats positioned under a bed mattress can track how much someone moves during sleep. The idea is to prompt action to help avoid pressure sores, a significant concern for people who cannot easily change positions. Sensor mats can also show whether a person is unstable when rising from the bed.

Other devices are being developed to monitor and predict what is happening with people’s cognitive abilities, based on their completion of daily activities and their ability to use everyday objects.

“It covers the whole spectrum,” says Dr. Rafik Goubran, a professor of engineering and vice-president, Research and International, at Carleton. “We are integrating many sensors together to come up with realistic solutions to real problems. With the data coming from these non-invasive sensors, it will be possible to flag any signs of problems among older adults before they become serious.”

Dr. Helen Tang, who attended the SAM3 launch, tries out a “smart” mat.

Dr. Helen Tang, who attended the SAM3 launch, tries out a “smart” mat.

Dr. Bruce Wallace, executive director of SAM3 and an adjunct professor of computer and systems engineering at Carleton, says the research has already expanded from the “living laboratory” apartment at Bruyère to trying out systems in people’s homes. It also involves community partners such as the Perley and Rideau Veterans’ Health Centre and the Champlain Local Health Integration Network, as well as industry partners like IBM, Telus and Aerial Technologies in Montreal.

The sophisticated systems emerging from SAM3 will support quality of life, while creating economic benefits, says Dr. Heidi Sveistrup, interim CEO and chief scientific officer at Bruyère Research Institute. “Issues around privacy and the collection of data are getting careful consideration,” she notes.

For her part, Huang says she hopes the new sensor technologies will keep older people like her parents at home, given the benefits they get there, as well as the high cost of private retirement homes and limited availability of long-term care. “We need solutions that are high quality, reliable and don’t break the bank,” she says. “There’s a lot of challenges ahead, but we are making progress.”

Night Wandering
Night-time wandering is a common and worrying problem for people with dementia, putting them at risk for injury—even death if they leave home—and causing sleep disruptions for their families and caregivers.

Two research projects supported by AGE-WELL use sensors, special lighting and prompts to detect people’s movements when they get out of bed and encourage them to return to sleep.

“People need some cognitive assistance late at night,” says Dr. Hélène Pigot, a computer science professor at the Université de Sherbrooke. She is building a platform of sensors and prompts that lets family or care partners choose the best option.

“It can be a recording of the daughter’s voice saying, ‘Okay Mum, everyone is sleeping, you can go back to bed now,’” says Dr. Pigot. Some people prefer prompts with anonymous voices or music, she adds.

Dr. Bruce Wallace, a Carleton University adjunct professor who is executive director at AGE-WELL’s SAM3 innovation hub, has set up a system that includes bed sensors to follow a person’s night-time patterns. If wandering is detected, other technologies are activated—a night light turns on, a voice message is played—and finally the caregiver is alerted, if necessary.

“We want to guide the person with dementia back to bed if we can,” explains Dr. Wallace. “This gives the caregiver a sense of security by only waking them if the person with dementia attempts to leave the home.”

Systèmes de capteurs pour la maison intelligente

Les troubles de la mémoire et de la mobilité figurent parmi les problèmes les plus courants que vivent les personnes âgées; une réalité qui n’échappe pas à Mary Huang, ingénieure et titulaire d’une maîtrise en administration des affaires, qui s’occupe de ses parents vieillissants depuis plusieurs années.

Mary Huang

Mary Huang

Cette résidente d’Ottawa a cessé de voyager et s’est ensuite absentée du travail pour s’occuper de son père, Peter, âgé de 90 ans, qui souffre de démence vasculaire et de la maladie d’Alzheimer, et de sa mère, Anna, âgée de 86 ans, qui souffre de démence vasculaire, d’insuffisance cardiaque congestive et qui a fait six chutes au cours des six derniers mois.

« Je ne dors pas très bien ces jours-ci », déclare Mme Huang, qui espère trouver bientôt un soulagement dans la vaste gamme de nouvelles technologies mises au point par un Centre national d’innovation AGE-WELL appelé Sensors and Analytics for Monitoring Mobility and Memory (SAM3), ou « Capteurs et analytique de suivi mobilité-mémoire ». Il a ouvert ses portes à Ottawa en novembre 2017 pour s’attaquer aux problèmes de mobilité et de mémoire chez les personnes âgées.

Collaboration entre AGE-WELL, l’Institut de recherche Bruyère et l’Université Carleton, le Centre SAM3 propose un laboratoire-appartement ressemblant à une maison typique situé à l’Hôpital Élisabeth-Bruyère, ainsi qu’un site de conception, de développement et d’essai à l’Université Carleton. Ce centre rassemble des professionnels de la santé, des chercheurs, des secteurs industriels, des organismes sans but lucratif, des personnes âgées et des aidants naturels afin de mettre au point des systèmes de domotique et d’autres technologies qui permettent aux personnes âgées d’être aussi en santé, en sécurité et indépendantes que possible.

Dr Frank Knoefel (à gauche) et Bruce Wallace présentent un matelas sensible à la pression conçu pour effectuer le suivi de santé d’une personne âgée pendant son sommeil.

Dr Frank Knoefel (à gauche) et Bruce Wallace présentent un matelas sensible à la pression conçu pour effectuer le suivi de santé d’une personne âgée pendant son sommeil.

« Au fur et à mesure que les gens vieillissent, beaucoup développent des problèmes de santé, ainsi que des défis en matière de capacité cognitive et de mobilité », affirme le Dr Frank Knoefel, médecin au Programme de la mémoire à l’Hôpital Élisabeth-Bruyère et chercheur principal à l’Institut de recherche Bruyère. Les solutions technologiques mises au point au Centre SAM3 font appel à de l’équipement commercial économique comme des capteurs qui, lorsqu’ils sont adaptés et améliorés, peuvent fournir des renseignements importants aux familles et aux professionnels de la santé. Tout cela vise à soutenir le vieillissement chez soi.

Il peut s’agir d’une solution aussi simple qu’un capteur placé sur une cuisinière pour indiquer qu’une casserole continue de chauffer à vide. D’autres systèmes de capteurs peuvent illuminer le parcours jusqu’à la salle de bain ou percevoir les comportements d’errance nocturne (voir l’article ci-dessous). Les tapis sensibles à la pression placés sous un matelas peuvent faire un suivi des mouvements d’une personne pendant le sommeil. Nous pourrons ainsi agir rapidement pour aider à prévenir les plaies de lit, préoccupation importante pour les personnes qui sont incapables de changer de position facilement. Les tapis de capteurs peuvent également indiquer si une personne est instable lorsqu’elle se lève du lit.

D’autres dispositifs sont en cours de développement pour surveiller et prévoir l’état des capacités cognitives d’une personne, selon ses activités quotidiennes et sa capacité à utiliser des objets de la vie courante.

« La recherche couvre l’ensemble du spectre », explique Rafik Goubran, professeur en ingénierie et vice-président aux recherches et aux relations internationales de l’Université Carleton. « Nous intégrons de nombreux capteurs pour trouver des solutions pratiques aux problèmes réels. Les données provenant de ces capteurs non invasifs permettront de signaler tout indice de la présence de problèmes chez les adultes plus âgés avant que la situation ne s’aggrave. »

Helen Tang, qui a assisté au lancement du centre SAM3, essaie un tapis « intelligent ».

Helen Tang, qui a assisté au lancement du centre SAM3, essaie un tapis « intelligent ».

Bruce Wallace, directeur général du Centre SAM3 et professeur auxiliaire en génie informatique et en systémique à l’Université Carleton, affirme que la recherche a déjà pris de l’ampleur, passant du « laboratoire vivant » à Bruyère à l’essai de systèmes dans les maisons des gens. Il fait également appel à des partenaires communautaires comme le Centre de santé Perley et Rideau pour anciens combattants et le Réseau local d’intégration des services de santé de Champlain, ainsi qu’à des partenaires de l’industrie comme IBM, Telus et Aerial Technologies de Montréal.

Les systèmes sophistiqués issus du Centre SAM3 contribueront à la qualité de vie tout en créant des avantages économiques, affirme Heidi Sveistrup, chef de la direction et directrice scientifique intérimaire à l’Institut de recherche Bruyère. « Les questions relatives à la protection de la vie privée et à la collecte de données font l’objet d’un examen attentif », fait-elle remarquer.

Pour sa part, Mme Huang espère que les nouvelles technologies de capteurs permettront aux personnes âgées comme ses parents de rester à la maison, compte tenu des avantages qu’elles en retirent, ainsi que du coût élevé des maisons de retraite privées et de la disponibilité limitée des soins de longue durée. « Nous avons besoin de solutions de grande qualité, fiables et à prix abordables », dit-elle. « Beaucoup de défis nous attendent, mais nous faisons des progrès. »’

Errance nocturne
L’errance nocturne est un problème courant et inquiétant pour les personnes atteintes de démence, qui les exposent à un risque de blessure, et même de décès si elles quittent la maison, et causent des troubles du sommeil pour leur famille et les aidants naturels.

Deux projets de recherche soutenus par AGE-WELL utilisent des capteurs, un éclairage spécial et des messages pour détecter les mouvements des personnes lorsqu’elles sortent du lit et pour les encourager à y retourner.

« Les gens ont besoin d’aide cognitive tard le soir », déclare Hélène Pigot, professeure d’informatique à l’Université de Sherbrooke. Elle construit une plateforme de capteurs et des messages qui permettent aux membres de la famille ou aux partenaires des soins de choisir la meilleure option.

« Il peut s’agir d’un enregistrement de la voix de la fille qui dit : « Bon maman, tout le monde dort, tu peux retourner au lit maintenant », indique Mme Pigot. Elle ajoute que certaines personnes préfèrent les messages avec des voix anonymes ou de la musique.

Bruce Wallace, professeur auxiliaire à l’Université Carleton et directeur général du Centre d’innovation SAM3 d’AGE-WELL, a mis en place un système qui comprend des capteurs de lit pour suivre les habitudes nocturnes d’une personne. Si on détecte l’errance d’une personne, d’autres technologies sont activées : une veilleuse s’allume, un message vocal se fait entendre et, finalement, l’aidant naturel est alerté, au besoin.

« Nous voulons aider la personne atteinte de démence à retourner au lit si nous le pouvons », explique M. Wallace. « Cela donne un sentiment de sécurité à l’aidant naturel en ne le réveillant que si la personne atteinte de démence tente de quitter la maison. »