Smart Environment: Smart Environment – Die Qualität der Steuerung der Umwelt

von Nussbaum Gerhard, KI-I, Softwarepark Hagenberg.
In diesem Artikel wird auf die folgenden Möglichkeiten zur Steuerung der Umwelt eingegangen:
Zentral: Umgebungssteuerungen
Dezentral: Smart Environment
Kombiniert: Umgebungssteuerung + Smart Environment
Umgebungssteuerung
Leben ohne Umgebungssteuerung
Herr P ist 21 Jahre alt und hat eine progressive Muskelerkrankung (Dystrophie). Noch vor einem Jahr hatte er keine Probleme, den Fernseher selbständig mit der Fernsteuerung zu bedienen. Seine Krankheit ist jedoch zwischenzeitig soweit fortgeschritten, dass er seine Hände nicht mehr bewegen kann. Er kann daher die Tasten der Fernsteuerung nicht mehr drücken und dadurch den Fernseher nicht mehr selbständig bedienen. Letzthin hatte er einen ziemlichen Streit mit seiner Betreuungsperson, da er über drei Stunden zwischen den Kanälen hin und her schalten wollte. Das stresste die Betreuungsperson ziemlich, da sie noch andere Dinge erledigen wollte und dazu keine Zeit hatte.
Probleme mit der “elektronischen” Umgebung
An diesem Szenario kann man feststellen, dass gerade stark körperbehinderte Personen Probleme mit der Bedienung des Hilferufs und von Geräten wie Telefon, Fernseher, Stereoanlage, Videorekorder, Türöffner, elektrisch betriebenen Rollläden uvm. haben. Die meisten dieser Geräte sind heutzutage serienmäßig mit einer Schnittstelle ausgestattet oder lassen sich nachträglich mit einer erweitern, über die man diese Geräte an- bzw. fernsteuern kann. Allerdings ist es für diesen Personenkreis oft sehr schwierig oder nahezu unmöglich, die bei diesen Geräten mitgelieferte Fernbedienung zu benutzen, da die einzelnen Tasten nicht gedrückt werden können.
Definition der “Umgebungssteuerung”
Genau bei diesen Punkten setzt die Idee der “Umgebungssteuerung” (oder oft auch “Umweltkontrolle” genannt) an. Man verwendet eine einzige universale Fernbedienung zur Steuerung von “allen” elektronischen Geräten in der näheren Umgebung (z.B. Wohnung). Diese Fernbedienung ist dabei so adaptiert, dass sie für stark körperbehinderte Menschen “benutzbar” ist
State of the Art
Seit mehreren Jahren sind bereits einige “Lösungen zur Umgebungssteuerung” am Markt erhältlich. Die Hardware dieser Umgebungssteuerungen ist jedoch meist eigens entwickelt worden. Dadurch sind diese Umgebungssteuerungen im Preis-Leistungs-Vergleich allzu oft sehr teuer. Weiters lassen sich viele dieser Umgebungssteuerungen in der Benutzerführung kaum anpassen. Deshalb sind sie oft sehr schwierig bzw. umständlich zu handhaben. Es bedarf daher meist einer sehr intensiven und unter Umständen langwierigen Schulung, um eine solche Umgebungssteuerung bedienen zu können.
Der große Vorteil dieser Lösungen ist die hohe Zuverlässigkeit und die teilweise sehr hohe Robustheit.
Umgebungssteuerungen mit einer frei adaptierbaren bzw. konfigurierbaren Benutzerführung sind jedoch meist sehr groß und nur schwer transportabel. Dies schränkt das Umfeld, in dem der Betroffene selbständig agieren kann, wiederum sehr ein.
Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für am Markt erhältliche Umgebungssteuerungen:
James 2000 von FST (Fondation Suisse pour les Téléthèses): wird über eingebaute bzw. einen externen Taster bedient; über ein kleines Display, eine synoptische Tafel und Töne erhält der Benutzer Feedback; es können nur IR-fernsteuerbare Geräte bedient werden; reine Hardwarelösung
Sicare Pilot von Siemens: wird mit Sprache oder mit einem externen Taster bedient; über ein kleines Display und durch Wiederholung des Sprachbefehls erhält der Benutzer Feedback; es können IR- und funkfernsteuerbare Geräte bedient werden; reine Hardwarelösung
Sicare Light von Siemens: ist der kleine Bruder des Sicare Pilot; wird nur durch Sprache bedient; über ein kleines Display und durch Wiederholung des Sprachbefehls erhält der Benutzer Feedback; es können nur IR-fernsteuerbare Geräte bedient werden; reine Hardwarelösung
Nemo von Madentec: wird mit Sprache oder mit den eingebauten Tasten bedient; über ein Display und durch Wiederholung des Sprachbefehls erhält der Benutzer Feedback; reine Hardwarelösung
Autonom von Fortec, TU Wien: läuft auf einem handelsüblichen PC; kann über Tastatur und externe Taster bedient werden; über das Display und durch Töne erhält der Benutzer Feedback; je nach eingesetztem Sampler können IR- und funkfernsteuerbare Geräte bedient werden; Autonom kann zudem als Kommunikationshilfe verwendet werden; Hard- und Softwarelösung
Vision einer “Umgebungssteuerung”
Die “optimale” Umgebungssteuerung wäre ein in der Benutzerführung adaptierbares, gut anpassbares, multifunktionales Umgebungssteuerungs- und Kommunikationssystem, das die Mobilität der betroffenen Person nicht einschränkt.
Ein erster Prototyp, der Teile der Vision realisiert ist:
SmartX: läuft auf einem handelsüblichen PDA; kann über die eingebauten Taster, das Touchdisplay und über externe Taster bedient werden; über das Display und durch Töne erhält der Benutzer Feedback; je nach eingesetztem Sampler können IR- und funkfernsteuerbare Geräte bedient werden; sehr gut anpassbar.
Leben mit einer Umgebungssteuerung
Herr P hat eine Umgebungssteuerung, die dieser Vision entspricht. Er kann selbständig den Fernseher, die Stereoanlage uvm. steuern. Er muss am Abend beim Fernsehen nicht jedes Mal eine Betreuungsperson rufen, sondern kann selbständig hin und her schalten. Seit er diese Umgebungssteuerung im Einsatz hat, haben die Konflikte mit den Betreuungspersonen stark abgenommen. Zudem kann er damit jetzt jederzeit selbständig telefonieren, Mails schreiben, die Stereoanlage bedienen uvm. Er konnte seine Selbständigkeit und persönliche Freiheit durch diese Umgebungssteuerung stark erweitern und seinem Leben dadurch eine neue Qualität geben.
Feldstudie zu Umgebungssteuerungen
Im Jahre 2002 wurde eine Feldstudie zu den Anforderungen an eine Umgebungssteuerung durchgeführt. Es wurden dabei 24 Personen im Alter von 19 bis 71 Jahren befragt. 87% der Befragten würden Umgebungssteuerungen einsetzen. 80% der Befragten erwarten sich mehr persönliche Freiheit durch Umgebungssteuerung. Ein Statement dazu, weshalb diese Frage abgelehnt wurde: “Erwarte mir nicht mehr persönliche Freiheit, weil ich wieder von einem zusätzlichen Gerät abhängig bin.” 80% der Befragten erwarten sich Vorteile bei der Kommunikation mit Hilfe der Umgebungssteuerungen. Ein Statement dazu, weshalb diese Frage abgelehnt wurde: “Erwarte mir keine Vorteile, weil weniger Kommunikation dadurch notwendig ist.”
Zahlen zu Umgebungssteuerungen

Eine Voraussetzung für das Pflegegeld ist ein ständiger Betreuungs- und Pflegebedarf aufgrund einer körperlichen, geistigen, psychischen oder Sinnesbehinderung, der voraussichtlich mindestens 6 Monate andauern wird. [BMSG_01]
Nach dieser Tabelle haben insgesamt 31.381 Personen die Pflegegeldstufen 5-7. Geht man davon aus, das mindestens 10% davon körperbehindert sind, dann umfasst die Zielgruppe mindestens 3.139 Personen in Österreich. [GN_03]
Laut der Stiftung für elektronische Hilfsmittel (FST – Fondation Suisse pour les Téléthèses) wurde ihre Umgebungssteuerung James I ca. 4000 Mal in Europa verkauft.
Probleme bei der Umstellung auf Umgebungssteuerungen
Setzt man die Verkaufszahlen von Umgebungssteuerungen und die Zahl der potentiellen Benutzer in Relation, so ist ersichtlich, dass nur ein kleiner Teil dieser zu den Benutzern von Umgebungssteuerungen gehört. [GN_03]
Dies liegt teilweise daran, dass Umgebungssteuerungen bei den betroffenen Personen nur relativ wenig bekannt sind [JCG_96]. Zudem ist die Handhabung oftmals eher kompliziert. Gerade ältere Personen, die eine gewisse Technologieangst haben, scheuen den Einsatz solcher Geräte. [GN_03]
Auch ein soziologischer Aspekt ist nicht zu unterschätzen. Viele körperbehinderte Menschen leben sehr lange in Abhängigkeit von Betreuungspersonen. Diese übernehmen jegliche Tätigkeit, die die Betroffenen nicht selbständig erledigen können. Oftmals sind gerade diese Betreuungspersonen die einzigen Kommunikationspartner dieser Personen. Jedes Mal, wenn die betroffene Person etwas benötigt, hat sie Kontakt mit jemandem. Eine Umgebungssteuerung wirkt bei solchen Personen wie ein Eindringling in gewohnte Strukturen [AM_96]. Durch eine Umgebungssteuerung ist die betroffene Person wesentlich selbständiger und braucht weniger Betreuung. Dadurch nimmt aber auch die Kommunikation unter Umständen in gleichem Maße ab. [GN_03]
Eine umfassende Ausstattung mit einer Umgebungssteuerung kostet auch sehr viel Geld. Allzu oft wird jedoch in Österreich die Anschaffung solcher Geräte nicht von öffentlicher Seite gefördert. Es gibt nur wenige Personen, die sich so eine Umgebungssteuerung aus der eigenen Tasche leisten können.
Smart Environment
Leben eines älteren Menschen in einer “normalen” nicht-smarten Umgebung
Herr N ist 76 Jahre alt. Er wohnt alleine in einer kleinen Wohnung im zweiten Obergeschoss. Da er derzeit Probleme mit seinem Kreislauf hat, traut er sich nicht mehr für längere Zeit außer Haus. Außerdem ist er schon ziemlich vergesslich.Unlängst wollte er während dem Kochen noch eine kurze Besorgung in einem Geschäft machen. Er hat dabei vergessen, die Herdplatte auszuschalten. Als er zurückkam, war die Küche schon voll mit Rauch. Dies sind hauptsächlich die Gründe dafür, dass er sich nach längeren Überlegungen dazu entschlossen hat, in ein Seniorenheim zu gehen.
Probleme mit der “normalen” Umgebung
Die “normale” Umgebung ist “dumm”. In solchen Umgebungen ist beinahe jedes elektrische Gerät eine Insellösung. Der Herd ist “nur” Herd und “spricht” nicht mit anderen Geräten. So kann er sich auch nicht abschalten, wenn die betreffende Person die Wohnung verlässt. Eine Vernetzung der alltäglichen elektrischen und elektronischen Geräte ist nicht vorhanden und auch nicht vorgesehen. Dies begründet auch, warum es für all diese Geräte in einer “normalen” Umgebung keine einheitliche, standardisierte Schnittstelle gibt.
Genauere Definition eines Smart Environment
Ein “Smart Environment” ist eine vernetzte Umgebung, die dem Benutzer eine integrierte Steuerung und Kontrolle aller in dieser Umgebung befindlicher Geräte bzw. Gewerke ermöglicht. Diese vernetzte Umgebung kann auch von außen über Internet, Telefon bzw. ISDN, WAP, SMS, … gesteuert und kontrolliert werden.
Für alle Geräte im Smart Environment steht eine einheitliche Benutzerschnittstelle zur Verfügung. Dadurch wird die Benutzerführung der einzelnen Geräte vereinfacht und der Lernaufwand beim Bedienen stark minimiert.
Die Idee: “Smart Environment for all”
Damit das Smart Environment das Prädikat “for all” verdient, muss die Benutzerschnittstelle für alle Menschen “bedienbar” sein. Je nach Benutzergruppe müssen verschiedene Benutzerschnittstellen angeboten werden, da sich die Anforderungen zum Teil ausschließen. Die Anforderungen von blinden Menschen an die Benutzerschnittstelle sind z.B. grundverschieden von den Anforderungen eines gehörlosen Menschen. Ein blinder bzw. sehbehinderter Mensch kann z.B. über ein Sprachinterface das Smart Environment steuern. Gehörlose Menschen können mit einem Sprachinterface nichts anfangen. Sie benötigen beispielsweise ein haptisches Interface (z.B. eine Art Vibra-Call) zur Benachrichtigung. Weiters muss die Benutzerschnittstelle individuell und optimal an jeden Benutzer anpassbar sein.
Durch die Abstrahierung der Benutzerschnittstelle von den Geräten, kann eine gewisse Typunabhängigkeit erreicht werden, d.h. wird z.B. eine Benutzerschnittstelle für eine Klasse Fernseher definiert, so bleibt diese Benutzerschnittstelle gleich, egal welcher Typ von Fernseher (Philips XY oder Loewe AB oder …) verwendet wird. Es muss dadurch nie die “gewohnte” Schnittstelle geändert werden, wenn auf ein anderes bzw. neues Gerät der gleichen Klasse gewechselt wird. Dadurch minimiert sich der Lernaufwand wesentlich. Gerade für ältere, kognitiv-, geistig- und lernbehinderte Menschen ist dies ein großer Vorteil.
Damit die Benutzerführung weiter verbessert werden kann, besteht die Möglichkeit, Context Awareness einzubauen. Durch Context Awareness passt sich die Benutzerschnittstelle automatisch an die Geräte bzw. Gegebenheiten an, die momentan im direkten Einflussbereich des Steuerterminals stehen. Ist man z.B. im Wohnzimmer, wo nur Fernseher und Videorekorder stehen, so werden diese Geräte beispielsweise im Vordergrund angezeigt. Die Stereoanlage im Schlafzimmer und andere Geräte werden in den Hintergrund gestellt, können jedoch bei Bedarf jederzeit in den Vordergrund geholt werden.
Ein “Smart Environment for all” muss leicht erweiterbar sein und sich einfach an geänderte Situationen anpassen lassen. Z.B. bei Menschen mit progressiven Muskelerkrankungen werden die Körperfunktionen über die Zeit gesehen immer schwächer, d.h. der Grad der Behinderung nimmt zu. Das Smart Environment bzw. die Benutzerschnittstelle muss daher immer wieder an die geänderte Situation angepasst werden können.
Chancen und Vorteile durch ein “Smart Environment for all”
Durch die Realisierung eines “Smart Environment for all” kann die Selbständigkeit und persönliche Freiheit der darin lebenden Menschen stark gefördert und erweitert werden.
In einem “Smart Environment for all” ist die Fernbetreuung von Menschen – TeleCare bzw. eHealth – realisierbar.
Durch die gesteigerte Selbständigkeit können betreuungsbedürftige Menschen länger in ihrer gewohnten Umgebung bleiben. Dieser viel gehegte Wunsch von älteren Menschen kann durch ein “Smart Environment for all” erfüllt werden.
Durch die umfassende Vernetzung der Gewerke des alltäglichen Lebens kann der Komfort wesentlich gesteigert werden.
Da es sich bei der Benutzerschnittstelle teilweise um reine Softwarekonstrukte handelt, kann die Benutzerschnittstelle von den Geräten abstrahiert werden. Der Benutzer hat so auf Dauer die gleiche und vor allem die gewohnte Benutzerschnittstelle, egal welchen Gerätetyp er verwendet. Dadurch kann der Lernaufwand wesentlich minimiert werden.
Die Sicherheit kann durch ein “Smart Environment for all” wesentlich verbessert werden. So kann man z.B. am Terminal nachschauen, wer vor der Haustüre steht, bevor man diese öffnet. Eine weitere Funktion zur Steigerung der Sicherheit ist die automatische Abschaltung von Heißgeräten, wenn diese nicht mehr benötigt werden bzw. wenn man die Wohnung verlässt.
“Smart Environment for all” selbst als Benutzerschnittstelle
Ambient Interfaces: Dies sind Benutzerschnittstellen, die auf den ersten Blick nicht als solche erkannt werden. Diese Schnittstellen betten sich in die Umwelt ein und werden normalerweise ignoriert. Erst wenn ein bestimmtes Ereignis auftritt, werden diese Schnittstellen aktiv und melden sich zu Wort. z.B. eine “Blubbersäule”, in der Blasen aufsteigen, wenn jemand an der Haustüre läutet (Möglichkeit zur Realisierung einer Haustürglocke für hörbehinderte Menschen).
Signalisierung durch Licht oder Audio: z.B. wird die Haustürglocke betätigt, so geht in mehreren bzw. allen Räumen kurz das Licht an (Möglichkeit zur Realisierung einer Haustürglocke für hörbehinderte Menschen).
Eingabe: Als Eingabegeräte können WebCams, Sensoren wie Bewegungsmelder oder Wärmesensoren usw. fungieren.
“Control System” als Benutzerschnittstelle des Smart Environment
PC, PDA: Über ein (softwarebasiertes) Umgebungssteuerungssystem wie z.B. SmartX lässt sich die Benutzerschnittstelle besonders gut an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen. Der PC bzw. PDA kann dabei auch noch für andere Aufgaben benutzt werden. Da der PDA ein kleines mobiles Gerät ist, kann er auch mitgenommen werden. So kann der Benutzer auch außerhalb des “Smart Environment for all” dieses z.B. über Internet steuern.
Terminal: Über ein oder mehrere fix installierte, aber dennoch zugängliche Terminals (Control Panel mit Touchscreen) lässt sich das “Smart Environment for all” steuern bzw. kontrollieren.
Handy: Auch das Handy kann als Benutzerschnittstelle für ein “Smart Environment for all” benutzt werden. So können z.B. wichtige Statusinformationen wie Warnungen oder Alarm per SMS an das Handy geschickt werden. Zudem können wichtige Funktionen des “Smart Environment for all” per WAP oder SMS gesteuert werden.
Leben eines älteren Menschen in einem Smart Environment
Herr N ist 76 Jahre alt. Er wohnt alleine in einem Smart Environment. Da er derzeit Kreislaufprobleme hat, trägt er einen biometrischen Sensor zur Erfassung und Überwachung der Herzkreislauffunktion. Gibt es Probleme, wird umgehend Alarm ausgelöst. Zudem kann Herr N jederzeit über sein kleines Terminal Hilfe anfordern. Nimmt er Kontakt mit der Hilfezentrale auf, so wird zusätzlich zur Sprache auch Video übertragen. Er sieht so, mit wem er spricht. Herr N fühlt sich dadurch wesentlich sicherer in seiner Umgebung.
Vergisst Herr N einmal beim Verlassen der Wohnung, den Herd oder ein anderes kritisches Gerät auszuschalten, so wird er ganz automatisch gewarnt. Unternimmt er nichts und verlässt die Wohnung trotzdem, so werden diese Geräte automatisch ausgeschaltet.
Zum Steuern des Smart Environment verwendet Herr N sein kleines mobiles Terminal. Die Benutzeroberfläche wurde genau so auf Herrn N angepasst, dass er optimal damit zu Recht kommt und sich damit wohl fühlt. Da der Fernseher für ihn eine zentrale Rolle im Alltag spielt, kann er seine Umgebung auch mit der angeschlossenen Set-Top-Box bedienen. Er hat dadurch die Möglichkeit, alle Funktionen, die ihm sein kleines Terminal bietet, auch über den Fernseher zu nutzen.
Falls Herr N einmal unterwegs ist, kann er jederzeit den Status seiner Wohnung über das kleine mobile Terminal abrufen. Er hat so eine zusätzliche Sicherheit.
Herr N konnte durch das Smart Environment seine persönliche Sicherheit stark erhöhen und seine Selbständigkeit wieder erweitern und dadurch auch seinem Leben eine neue Qualität geben.
Herr N geht nun nicht in ein Altersheim, sondern bleibt in seiner gewohnten Umgebung.
Referenzen:
[JCG_96] Gabus J.-C.: “Umfrage 1996 – Erster Teil: Die Analyse”; FST – Fondation Suisse pour les Téléthèses; Neuchâtel, 1996
[AM_96] Michoud A.: “Welche Schwierigkeiten sind mit der Einrichtung eines Umweltkontrollgerätes verbunden?”; FST – Fondation Suisse pour les Téléthèses; Neuchâtel, 1996
[GN_03] Nussbaum G: “Smart Environment Control System – User Centred Design, Mensch-Maschine-Interaktion, Authoring- und Konfigurations-Tool Configurator”; Diplomarbeit; Universität Linz, 2003
[BMSG_01] Rubisch M., Philipp S., Wotzel W., Enge I.: “Pflegevorsorge in Österreich”; Bundesministerium für soziale Sicherheit und Generationen; Wien 2001;http://www.bmsg.gv.at/bmsg/relaunch/behinderung/content/downloads/pfleged.pdf