Forschungsquartett | Fußboden wertet Bewegungen aus

CapFloor - Der Fußboden, der mitdenkt

04.09.2014

Forscher entwickeln einen berührungsempfindlichen Fußboden: CapFloor kann Bewegungen analysieren und auf sie reagieren. Er kann Stürze erkennen, Einbrüche melden oder den Stromverbrauch managen.

CapFloor erkennt Bewegungen…

Ursprünglich arbeiteten die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung an einer Technologie, um Stürze von Patienten zu erkennen und Notsignale an Pflegekräfte zu senden. Sie entwickelten einen Fußboden, der über Sensoren und eine Software verschiedenste Bewegungen bemerken, auswerten und automatisiert darauf reagieren kann.

Der Boden besteht aus einem Gitter feiner Drähte, dass unter dem normalen Boden verlegt wird. Über dem Gitter befindet sich ein elektrisches Feld. Bewegungen verändern die elektrische Spannung und können von einer Verarbeitungseinheit gelesen werden. Das elektrische Feld soll mit 1,5 Volt deutlich schwächer sein als etwa bei Touchpads im Laptop (20 Volt).

Der technische Entwickler Tobias Grosse-Puppendahl trainierte die Software – nicht ohne körperliche Schmerzen: er stürzte dutzende Male, um CapFloor Datenfutter zu geben. Mit diesen Informationen kann die Software die Bewegungen oder Stürze richtig bewerten. Über eine eigene App kann eine Pflegekraft benachrichtigt werden und auf die Stürze reagieren.

…und ist ein Schritt zum Smart Home

Schnell bemerkten die Forscher, dass ihre Technologie auch im Bereich Smart Home Anwendung finden könnte. Beim Smart Home geht es um die Vernetzung von technischen Geräten im Haus und die Interaktion mit dem Menschen. CapFloor kann beispielsweise mit der Licht- und Heizungssteuerung verbunden werden.

Der Fußboden kann erkennen, dass eine Person nachts ins Bad gehen will und steuert das Licht in den Räumen. Er gibt akustische Signale ab, wenn Einbrecher im Haus sind. Oder schaltet die Heizung aus, wenn wir mal wieder in Eile die Wohnung verlassen.

detektor.fm-Redakteur Max Heeke stellt die Technologie vor.

Tobias Große-Puppendahl, Fraunhofer Gesellschaft für Graphische DatenverarbeitungWir beziehen uns da auf Daten, die in ganz normalen Lebenslagen gesammelt wurden und diese Daten sind dann Bestandteil einer Wissensbasis, die in jede Verarbeitungseinheit einfließt.Tobias Grosse-Puppendahlentwickelt die Technologie 'CapFloor' 

Zeigen was möglich ist: Die Technologie hinter CapFloor


Das Skript zum Nachlesen

Nachts mit voller Blase den Weg zur Toilette finden- im Dunkeln. Das ist schon ein leidiges Unterfangen. Und könnte bald der Vergangenheit angehören, wenn es nach dem Wissenschaftler Tobias Grosse-Puppendahl geht. Er entwickelt am Fraunhofer-Institut für graphische Datenverarbeitung die Technologie ‚CapFloor‘:

Die Idee ist es eine Sensorik bereitzustellen, mit der Menschen unterstützt werden können. Das kann beispielsweise im Bereich Komfort sein, wo wir die Hell-Dunkel-Schwelle zwischen unterschiedlichen Räumen vermeiden können, indem wir erkennen, in welchen Raum sich die Person bewegen möchte und dann vorher schon mal das Licht anschalten.

CapFloor ist ein empfindlicher Fußbodenbelag. Der Belag besteht aus einem Gitter aus dünnen Drähten, über dem ein schwaches elektrisches Feld aufgebaut wird. Die Drähte sind an den Wänden mit einem Sensor verbunden, der Signale verarbeiten kann. So soll der Fußbodenbelag Bewegungen bemerken, erklärt Tobias Grosse Puppendahl:

Über die Feldveränderung, wenn sich nun ein Gegenstand in die Nähe von diesem Feld bewegt, kann ich eben feststellen, dass sich dieser Gegenstand dort befindet. Wir bekommen wirklich nur mit wo sich die Füße einer Person befinden, und alles weitere ist für uns unsichtbar.

Der Fußboden merkt, das auf und über ihm etwas vor sich geht. Was genau das zu bedeuten hat weiß der Boden noch nicht. Hier kommt ein weiteres Gerät ins Spiel, eine kleine Verarbeitungseinheit, die sich im Schaltschrank der Wohnung befindet. Im Schaltschrank fließen die verschiedenen Stromkabel zusammen und der Strom wird hier zentral verteilt. Die Verarbeitungseinheit wertet nun die Bewegungen einer Person aus. Grundlage dieser Einheit ist eine komplexe Software. Sie kennt den Aufbau der Wohnung, ist mit den Lichtquellen und Heizkörpern verbunden und kann die Bewegungen deuten:

Wenn ich dieses Wissen miteinander kombiniere, das heißt das Wissen um die Räume selbst und die Sensorbewegungen, kann ich dann mit der Zeit Pfade feststellen, über die sich dann Personen bewegen.

Das Gerät lernt, dass mein nächtliches Rumtappen die Suche nach dem Klo bedeutet und schaltet dann automatisch schon mal das Licht ein. So ein Aufwand und das nur wegen unseres Klogangs, könnte man meinen. Doch das eigentliche Ziel hinter CapFloor ist die Sturzerkennung in der Altenpflege: Die Verarbeitungseinheit kann Bewegungen als Sturz deuten und ein Notrufsignal an Verwandte oder Pflegekräte schicken. Die Forscher um Tobias Große-Puppendahl haben CapFloor diese Fähigkeit beigebracht:

Generell haben wir ganz ganz viele Stürze aufgezeichnet, analysiert wie die sich auf die Sensorwerte auswirken und uns in die Lage bringen, einen Sturz zu erkennen; mit einer Wahrscheinlichkeit, die wir noch genauer jetzt im Laufe unserer Forschungsarbeit spezifizieren müssen. Wir beziehen uns da auf da Daten, die in ganz normalen Lebenslagen gesammelt wurden und diese Daten sind dann Bestandteil einer Wissensbasis die in jede Verarbeitungseinheit einfließt.

Capfloor kann natürlich auch Stürze falsch erkennen: Etwa wenn eine sportlich aktive ältere Person Yoga macht und dafür auf dem Fußboden sitzt. Damit die Technologie nicht ständig Alarm schlägt, haben die Forscher einen Zwischenschritt eingefügt: Über eine App erhält die Person eine Mitteilung, das ein Sturz erkannt wurde und soll innerhalb weniger Minuten den Alarm ausschalten. Passiert das nicht, wird die Pflegekraft automatisch benachrichtigt. Dieser Zwischenschritt kann aber auch wegfallen, so Tobias Große-Puppendahl:

Das kann bspw. bei Personen sein die stark sturzgefährdet sind, wo dann Pflegekräfte sagen, wir wollen jetzt CapFloor nutzen, um unnötige Fixierungen in Betten zu vermeiden, aber dafür möchte ich eben ganz genau wissen, wann diese Person aufsteht, bspw. beim nächtlichen Toilettengang.

Neben den Bereichen Komfort und Pflege soll CapFloor auch als Energiemanager Anwendung finden. Wenn Lichter und Heizungen an bleiben, obwohl niemand im Haus ist, der Sensor also über längere Zeit keine Bewegung registriert, könnte die Verarbeitungseinheit den Strom abstellen. Derzeit arbeiten die Forscher daran, den Datenschutz zu gewährleisten. CapFloor soll nicht mit dem Internet verbunden und so vor Angriffen von außen geschützt sein. Auch überlegen sie, wie der Fußbodenbelag leicht eingebaut werden kann. Im Zuge von Renovierungen könnte CapFloor als Matte unter Parkett oder Teppichböden gelegt werden, so die Idee. In einem Pilotprojekt testet das Fraunhofer-Institut nun in 30 Wohngemeinschaften, ob sich CapFloor in der Praxis bewährt und das Ziel vom Smart Home ein Stück weit näher bringt. Tobias Große-Puppendahl wird CapFloor weiterhin begleiten- auch wenn das für ihn mitunter körperlichen Schmerz bedeutet:

Ich bin sehr sehr oft gefallen für den Sensor, das ging los mit diversen wissenschaftlichen Projekten, da habe ich mich sicherlich 20-30 Mal am Tag hingelegt, aber es wird bestimmt noch viel mehr werden, insbesondere da wir das Projekt jetzt in echte Wohnumgebungen einbringen.