Nghiên cứu Khoa học
Thiết bị đeo tay thông minh hỗ trợ người khuyết tật và người hạn chế khả năng di chuyển
1. Giới thiệu về đề tài
Ngày nay, con người đang đang bước trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá, mọi thiết bị xung quanh chúng ta đều ngày một trở nên hiện đại, tiện nghi nhằm phục vụ tối đa nhu cầu sống của con người.
Các thiết bị thông minh dựa trên nền tảng IoT [1][2] đã đạt được những tiến bộ lớn trong việc nâng cao cuộc sống của con người. Chúng ta đã chứng kiến sự phát triển của các sản phẩm thông minh như đèn chiếu sáng tự động [3], hệ thống an ninh thông minh [4][5], máy giặt và tủ lạnh kết nối internet, điều hòa không khí tự động và các thiết bị thông minh khác.
Dựa trên quan sát thực tế, người khuyết tật và người bị hạn chế khả năng di chuyển thường gặp rất nhiều khó khăn trong việc bật tắt các thiết bị trong nhà. Điều này đặc biệt phổ biến đối với những người không thể di chuyển một cách tự do hoặc không có sức mạnh để thao tác các thiết bị nặng như quạt trần, đèn trần, hoặc các thiết bị có kích thước lớn. Ngoài ra, những người bị khuyết tật thường không thể sử dụng các công tắc truyền thống hoặc các bộ điều khiển từ xa bình thường, do đó cần một phương pháp điều khiển đơn giản và thuận tiện hơn. Đó là lý do tại sao, một thiết bị đeo tay thông minh (SWD) kết hợp với hệ thống điều khiển được phát triển nhằm hỗ trợ cho những người này. Thiết bị đeo tay thông minh này cho phép điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà thông qua các cử chỉ đơn giản. Hệ thống này có thể dễ dàng tiếp cận đến những đối tượng khác nhau như người già, trí nhớ kém và các đối tượng có khả năng di chuyển hạn chế. Với thiết bị đeo tay thông minh này, những người khuyết tật và có khả năng di chuyển hạn chế sẽ có thể điều khiển các thiết bị trong nhà một cách dễ dàng, thuận tiện và độc lập hơn. Điều này giúp cho cuộc sống của họ trở nên tiện lợi hơn, giảm bớt gánh nặng cho người chăm sóc và tăng thêm sự tự tin cho những người khuyết tật.
Hệ thống nhà thông minh cũng sử dụng công nghệ IoT để kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua các cảm biến và mạng internet. Tuy nhiên, hệ thống nhà thông minh thường được cài đặt sẵn trong nhà, yêu cầu chi phí và thời gian lắp đặt và cấu hình. Ngoài ra, để sử dụng hệ thống nhà thông minh, người dùng cần phải tương tác với hệ thống thông qua các thiết bị điều khiển hoặc ứng dụng trên điện thoại thông minh. Trong khi đó, thiết bị đeo tay thông minh được giới thiệu trong bài viết là một giải pháp đơn giản, tiện lợi và dễ dàng tiếp cận hơn cho người dùng. Không cần phải lắp đặt hoặc cấu hình, chỉ cần đeo thiết bị vào tay và sử dụng các cử chỉ đơn giản để điều khiển các thiết bị trong nhà. Điều này đặc biệt hữu ích cho người có khả năng di chuyển hạn chế hoặc người già, người trẻ tuổi hay những người có trí nhớ kém.
Trong phần 2 của bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu các nghiên cứu liên quan đến đề tài. Phần 3 sẽ trình bày chi tiết về thiết kế hệ thống, trong đó sẽ bao gồm các phương pháp và công nghệ được áp dụng. Tiếp theo đó, kết quả của các thử nghiệm và kiểm tra sẽ được trình bày trong phần 4, với sự phân tích và đánh giá kỹ lưỡng. Cuối cùng, phần 5 sẽ đưa ra kết luận và các hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
2. Những nghiên cứu có liên quan
Có khá nhiều công trình nghiên cứu trong hệ sinh thái của các thiết bị đeo tay thông minh dựa trên nền tảng IoT. Chúng tôi nhận thấy rằng, có rất nhiều thiết bị được nghiên cứu và triển khai cũng như đối tượng hướng đến và mục đính sử dụng cũng rất đa dạng. Trong bài báo [6] V. Hyndavi và các cộng sự đề xuất một thiết bị đeo tay thông minh hỗ trợ cho sự an toàn của phụ nữ. Thiết bị này sử dụng các cảm biến như cảm biến áp suất, nhịp tim, nhiệt độ để phát hiện các hành vi tàn bạo, hành hung bằng tính năng phát hiện ngoại lực được đề xuất. Sau đó, thiết bị gửi cảnh báo cho người thân trong gia đình và các đồn cảnh sát gần đó. Thiết bị còn có khả năng gửi toạ độ của người sử dụng trong trường hợp cấp thiết mà không cần sự tương tác của chủ sở hữu. Tuy nhiên, dù thiết bị này rất thiết thực, các tính năng của nó còn khá hạn chế và đối tượng sử dụng chỉ hướng đến phụ nữ, do đó khó để mở rộng cho các đối tượng khác.
Trong một nghiên cứu khác [7], Jia-Ming Liang và đồng nghiệp đã giới thiệu một thiết bị đeo tay mới để cải thiện hệ thống tương tác trong giáo dục. Thiết bị này được thiết kế với cấu trúc tương tự như hệ thống WSN [8][9] và được trang bị cho mỗi học sinh để thu thập số lần tương tác của họ. Dữ liệu thu thập được gửi về cho giáo viên thông qua giao tiếp Bluetooth và được lưu trữ trên Cloud Server để đánh giá khả năng tương tác và chất lượng học tập của từng học sinh.
Qua đây, chúng ta thấy rằng hệ sinh thái của thiết bị đeo tay thông minh khá đa dạng. Tuy nhiên các thiết bị đeo tay thông minh vẫn còn thiếu sót và chưa đáp ứng được nhu cầu hỗ trợ cho những người khuyết tật hoặc hạn chế khả năng đi lại trong việc điều khiển và sử dụng các thiết bị trong nhà.
Với nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một hệ thống thiết bị đeo tay thông minh nhằm giúp đỡ người khuyết tật trong việc điều khiển các thiết bị trong nhà chỉ với một vài thao tác đơn giản bằng tay. Thiết bị này dễ dàng sử dụng, dễ tiếp cận và phù hợp với nhiều đối tượng khác nhau, chứ không chỉ giới hạn cho một đối tượng cụ thể. Hệ thống bao gồm một thiết bị đeo tay thông minh và các hệ thống điều khiển được lắp đặt tại các khu vực trong nhà và nhận tín hiệu từ SWD thông qua giao tiếp LoRa [10]. Hệ thống điều khiển sẽ kết nối với từng thiết bị trong nhà, mỗi thiết bị sẽ có một ID riêng để có thể điều khiển chính xác. Dữ liệu về số lần bật/tắt thiết bị và thời lượng sử dụng sẽ được lưu trữ và giám sát tại ứng dụng Blynk trên điện thoại thông minh. Từ đó, người dùng có thể điều chỉnh mức độ sử dụng của thiết bị đó sao cho phù hợp nhất.
3. Mô hình hệ thống
Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày thiết kế hệ thống thiết bị đeo tay thông minh, với nhiều tính năng như nghiêng, vuốt và chạm, kết nối với các cụm điều khiển (CCB) được đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà. Hình 1 minh họa cho hệ thống được đề xuất, trong đó SWD sẽ gửi yêu cầu bật hoặc tắt các thiết bị trong nhà tới CCB khi người dùng thực hiện các thao tác trên. CCB sẽ nhận được yêu cầu kèm theo ID để thực hiện điều khiển các thiết bị tương ứng. Ngoài ra, hệ thống còn được kết nối với phần mềm Bynk IoT trên điện thoại thông minh thông qua WiFi, cho phép người dùng theo dõi trạng thái và thời lượng sử dụng của các thiết bị, từ đó điều chỉnh mức độ sử dụng sao cho tiết kiệm điện và phù hợp nhất.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC DUY TÂN
Phòng 503 - K7/25 Quang Trung, Tp Đà Nẵng
(0236) 3827111(Ext 503)
feee@duytan.edu.vn
