基于安全策略的老年手杖智能化設計研究

（東北林業大學 材料科學與工程學院 150040）

一、現狀分析

（一）洞察用戶——老年人安全問題分析

對于老年人的生命安全來說，跌倒是一個重要且亟待解決的難題，作為一個高發性事件，跌倒也是引起殘疾和死亡的首要原因，對老人的人身安全、生命質量造成了巨大的威脅。2015年全國疾病監測系統死因監測結果顯示，我國≥65歲老年人跌倒死亡率為0.58‰，占該年齡人群全部傷害致死原因的34.8%。

（二）回歸本源——跌倒的原因分析

失能老人跌倒危險因素分為內在因素和外在因素。內在因素主要包括生理特征、心理特點以及輔助器械; 外在因素主要指環境危險因素。

1.生理特征

步入老年后，人的身體會出現不同程度的老化，各種疾病也隨之而來，其中疾病是引起跌倒的一個主要因素。除此之外老年人所有的肌肉萎縮、骨密度降低、感知功能退化、視力減退、聽力下降、認知障礙等功能退化的生理特征都會很大程度上增加跌倒的風險。

2.心理特點

伴隨著身體機能的退化，用戶內心也會有相應的焦慮、沮喪，會變得比較敏感。尤其有摔倒經歷的老人，可能因為對跌倒恐懼而產生心理障礙，醫學界定義為害怕跌倒（FOF）。這項心理障礙反過來又會向使老年人的身體更加脆弱。而有些老人則對自己的身體機能預計過高，而且固執不服老，不聽家人建議，導致跌倒的幾率大大提高。

3.衣著裝備

老人的衣著以及使用的助行器如果選擇不合適，或者使用方法不正確，也會給老人的行走外出安全帶來隱患。例如老人的鞋如果過大，在行走時會有絆倒的危險。

4.護理人員

對于大部分老人，尤其是空巢老人來說，護理人員的隨時隨地陪護是很難實現的，老人一旦跌倒，很有可能延誤救護。

（三）市場調研——智能手杖的設計現狀

隨著經濟水平的提高和老齡化問題的愈發嚴峻，助行器的設計更加智能化、多功能化、人性化，但是大多針對中度、高度失能老年群體，多在助行拐杖或電動輪椅上，為輕度失能老年人設計的手杖比較少。

1.國內情況

國內市場上絕大多數智能手杖都還只是功能的疊加，沒有切合老年人的生活習慣和內心訴求，主要是為了滿足購買者，即老人晚輩的孝心，在人性化上還有不足。

2.國外情況

國外早早步入老齡化，對于老齡化問題的研究要比國內深。例如歐洲、日本，為老年人設計的輔助類、康復類產品人性化程度相對較高。

（四）明確目標——智能手杖設計原則

1.以人為本

根據以上的調查分析，可以得出智能手杖的設計原則，即本著為人服務的方針，為了解決威脅老人安全幸福的跌倒問題，調查問題根本原因，做到包括老人本身和外界環境的全方位、個性化、體系化干預。

2.簡單設計

本著簡單化人性化的設計原則，要給老人自然的使用體驗，根據其生理特點和心理特征，減少乃至去掉老人需要的操作，同時也減輕老人因接觸高科技產生的負面情緒，提升老年人的使用體驗，轉而把需要操作的交互部分交給老年人的子女或護理人員，滿足他們關心老人的需求。

3.博采眾長

有文獻報道，開展系統個性化的綜合干預能夠使失能老人跌倒發生率和跌倒所致的損傷下降近30.00%，由于許多因素與老年人的跌倒發生有關，此時功能單一的傳統手杖恐怕不能滿足老年人的需求，這就要求手杖的智能化設計通過吸收借鑒中外的優秀設計、整合產業鏈來為老人提供全面且有效的服務。

二、基于安全預防的智能手杖設計

為了防止老年人發生跌倒事件，要通過傳感器、人工智能技術等采集用戶相關數據并對其狀況進行評估，可分為個人情況評估、環境情況評估和危險及時示警。

（一）個人情況評估

對老年人當前情況的評估是安全預防最首要的，如果能及時發現老年人身上的安全隱患，就能很大程度上避免了危險的發生。

1.全面的監測內容

首先對老人的心率、血壓等生理基本項目進行監測，對老人的身體狀況有個基本的評估，然后對老人的衣著裝備進行一個掃描，確認鞋子等是否會導致絆倒等事故，最后根據心率等心腦數據對老年人的當前心臟穩定程度和神智清晰度做一個評估，保證其心情穩定，避免因為焦慮、緊張等心理因素導致跌倒。

2.自然的交互體驗

正常的身體健康情況檢測都要通過多種專業儀器設備進行，費時費力，容易給老年人帶來負面情緒，所以智能手杖的監測設計部分就要盡量做到體積小巧，使用簡便，不給老年人的正常生活造成負擔。

要想做到體積小巧便攜，就要做到功能的集成化、設備的一體化，而一個順暢的使用體驗，重點在于做到與老年人的自然交互，最理想化的設計是將監測設備與老人的動作結合，讓老人發現不了健康監測的步驟。立陶宛設計師Egle Ugintaite設計的一款電子拐杖助手“The Aid”（獲得了2011年富士通設計大獎）則很好地解決了這一問題，手柄呈一個長弧形，能很好貼合老年人手腕，在上面有內置傳感器用來監測脈搏、血壓和體溫。不需要老人額外的行動就能夠進行健康檢測，所以使用體驗順暢自然。

（二）環境危險評估

對于老年人，尤其是視力不好的輕度失能老年人來說，判斷環境的安全性是一個難題，而根據自身情況和環境情況采取安全的行動則更復雜。通過對手杖的智能化設計可以對老年人外界環境進行危險評估并及時提醒，會在一定程度上降低老人跌倒的風險。可以將手電筒等照明裝置安裝在手杖把手上，可以有效防止老人晚上因為看不清路導致的摔跤跌倒問題，而且將手電筒與手杖合二為一，使用方便；可以利用GPS等導航系統，自動為老人規劃無障礙、距離短的最佳路線，爭取更大程度上避開危險地區。可以通過超聲波檢測附近路況，及時提醒老人避開這些因路面積水或路面不平等引起的“路障”；如Eye Stick（獲得了2012紅點獎）是一款新型的供盲人或低視力人群使用的拐杖，它摒棄了傳統拐杖靠用戶觸碰地面感知路況的方式，采用更易攜帶的短柄設計，使用超聲波感知路面情況，包括路面起伏、濕度等。

（三）危險及時示警

根據對老年人本身情況和環境情況的數據采集，通過智能技術分析得出一個危險評估，然后通過手杖內部的聲控裝置和線上平臺的app消息分別對老年人自己和看護者進行即時的、有效的提醒。

三、基于安全急救的智能手杖設計

老年人跌倒是多方面因素導致的結果，具有難以預測性與突發性，雖然可以通過預防和控制盡力降低老年人跌倒的幾率，但是卻不能百分百保證沒有危險。為了降低跌倒帶來的傷害，必須盡快的在跌倒的時候發現情況并及時進行救助，這就對老年人的跌倒后及時報警和針對性護理及安全意識教育提出了要求。

（一）跌倒檢測

老人跌倒后可能無人發現，不能得到及時救助，從而使病情惡化，耽誤最佳救助時間，這時候在智能手杖設計一個跌倒監測和自動報警系統就成為了一種必要。跌倒監測實際就是通過傳感器識別老人的異常行為，與日常行為分開。關鍵是監測正確性、即時性、周全性。這就要求數據搜集的無阻礙性和老人行動數據分析的科學合理和高速度。

可以在手杖上設計一種運動微型傳感器，但是這種檢測方法更適合于穿戴設備，應用到不受空間限制，可以實時地檢測人體活動，對于老人設置傳感器來說可能會有些麻煩。在美國，一款名為 EverThere 的可穿戴式醫療報警裝置，支持通過掛繩、夾子和表帶進行佩戴，內置了兩個加速度計、磁力計、陀螺儀、以及一個氣壓計共五個傳感器來檢測佩戴者是否跌倒，同時自動向指定的相關服務機構并發送警報和位置。

但是傳感器并不能保證百分百的準確度，可能會有不小心檢測錯誤的狀況，我們的檢測目的是明顯而嚴重的跌倒，為了避免出現“老人彎腰——報警”這種浪費社會醫療資源的情況，減輕家庭子女負擔，緩解老齡化給社會和子女帶來的壓力，手杖內的分析系統就需要精確分析老人的動作幅度，確認是否跌倒，避免不必要的誤報。

（二）有效求救

智能手杖設計除了要考慮跌倒檢測的及時性與準確性，還應該注意“遇險求救”這一功能的設置。對于老人，尤其是對空巢老人來說，遇到突發情況后，向子女發送報警信息未必來得及，甚至可能會耽誤最佳救治時間。所以提前要錄入鄰居、醫院的聯系方式，遇到危險時，首先通過手杖的GPS功能檢測是居家還是外出，然后自動選擇最近范圍進行求救。

（三）延續性護理

除了跌倒檢測和及時報警外，對老年人跌倒后的延續性護理也是我們需要注意的。老人跌倒后輕則淤青，重則死亡，輕的在家休養，重的醫院治療，但健康問題卻不能保證在患者住院期間全部解決。同時老年人自身身體狀態、經濟狀況和自理能力差異較大，醫療服務個性化需求較為明顯。所以可以基于手杖的智能設計，對老人的身體狀況進行監測，然后通過線上平臺反饋給專家診斷系統，分析老人跌倒后的傷病恢復情況，實時提供遠程移動醫療服務，溝通身體保健和生活服務問題。這樣可以實現不受空間限制地、即時地、定制化地老人安全保護、節省醫療開支、節約醫療資源。如天津市采取智能居家養老服務，采用“線上接受申請，線下提供服務”的模式，借助于線上平臺，幫助老年人及其子女等看護者更高效地進行延續性護理。

四、結語

手杖傳統意義上是給老年人提供一個行走時的支撐作用，從根本看是提高其生活安全性的一個輔助工具。而預防跌倒及跌倒后的及時救助則是實現這一目標的兩個方面。手杖的智能化設計通過對老人本身和環境的全面監測，對危險的正確評估，為老人提供清晰明確的路線指導、危險提醒，達到降低跌倒幾率的作用。而對于跌倒發生的情況，還需要提供快速而準確的的檢測、面向附近人群的求救、與最近醫院鏈接起來的醫療服務和細致的延續性護理。同時考慮到老年人的視力、聽力、和理解力都在不斷衰退，對助行手杖的一些功能未必能理解，也難以學會，要注意為老人提供堅固實用、操作便捷的使用體驗。