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當土石流來襲,逃難不再來不及!台灣學生設計「防災預警 app」,一手掌握天災情況

2019.01.07
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生命力新聞/林妤瑄、劉德苓

台灣傳統的土石流警戒,中央氣象局先行預測危險範圍,再由農委會發布至地方政府,提醒民眾。然而當資訊傳到人民手上時,處在危險地區的人民基本上沒有足夠的時間可以逃跑。

為了解決這個窘境,任教於亞東技術學院的林照峰教授率領學生團隊,研發出 ——「土石流防災物聯網」:藉由網路將設備與手機連動,設備偵測環境,若達到土石流警戒可能範圍值,會立即警示使用者,人民不必再經過繁多的步驟才能得知土石流的狀況。

物聯網與防災概念的全新結合

「土石流防災物聯網」由張詠儒、張鈜幃、石玉銓以及李旻峰組成的 4 人團隊開發,由林照峰教授帶領,每人各司其職,負責自己擅長的領域,試圖打破過去偵測土石流的模式,將物聯網的概念融進防災系統中。

結合智慧型手機、無線網路等方法,讓民眾可以即時接收到雨量與土石傾斜等情況,若超過危險值即會提醒使用者。希望能為社會大眾帶來一套全新的土石流防災系統,以降低可能的傷亡。

4 位同學目前都已從亞東技術學院畢業,接受採訪的石玉銓與張鈜幃分別就讀國立臺灣海洋大學研究所,後者正在等待役期。兩人表示,當初會想要做這項產品,除了教授提議,他們也想嘗試以自己的力量拯救更多人的生命,煩惱許久,終於想到以「物聯網」的方式將理想與現實串連起來。

4 大端元 偵測可能因素

產品主要分成 4 大端元:分別是主控端、雨量傾斜感測器、流量感測器,以及傾斜感測器,傾斜感測器下方裝有濕度感測器,4 個裝置皆有天線可用物聯網方式連回手機,不僅會發出訊息、震動警示,同時也會有語音提醒,告知手機持有者可能將有土石流發生,盡快採取撤離行動。

主控端安裝在家中,透過天線接收警告資訊;雨量傾斜感測器採傾斗式的方式,利用內部的傾斗來測量雨量,每次傾斜都會累積 0.3 毫米的雨量,當內部積水超過中央氣象局制定的大雨標準(80 毫米)以上,就會發生預警;流量感測器放置在山坡下方的水溝中,當山坡上的強降雨超過土壤的吸收程度時,就會將雨水排至排水溝,透過量測下方水溝的總雨水量,就能間接判斷目前山坡是否達到形成土石流的程度。

傾斜感測器上裝有太陽能板,內部也有備用蓄電池,app 會顯示電量以防電力耗盡。在土石發生流動,造成感測器傾倒後,同樣也會透過天線回傳至主控端;下方加裝土壤濕度偵測器,因為土壤濕度跟土石流發生有絕大的關聯性,當濕度超過一定基準,警報同樣會傳至主控端,發出警訊。

利用物聯網,訊息以跳躍式的傳遞—— 「ZigBee」一種低速短距離傳輸的無線網路 — — 回傳到主控端;透過這種傳遞方式,不管主控端彼此距離多遠,只要設定好節點,就能進行跳躍性的傳遞,將警示數據傳達到位於警戒區的主控端。

排除萬難 過關斬將

團隊從概念發想開始,一直到收集零件、完成作品,花了將近半年的時間。負責硬體工程的石玉銓甚至花費整個暑假待在實驗室裡,從早到晚,只為找出錯誤,讓整個系統能跟張鈜幃負責的 app 連動,順暢運作。

「我是覺得說,你不管做什麼樣的東西,都一定會遇到一個瓶頸或困難。」他們靠 4 年來老師所教授的觀念,且走且行,自己摸索竅門,使作品更加完善。

儘管近期參加許多比賽皆獲得亮眼成績,但石玉銓毫不諱言地說,作品完成初期,他們參加過很多競賽,但並非一開始就脫穎而出。

「之前我們參加某個比賽,就是某個評審老師,對我們作品沒什麼興趣。我們介紹完後,他就說『你們這個作品沒有用』,就走了。」評審的評價一度讓 4 人感到灰心喪志,但同時也是讓他們警惕、重新審視自己的契機。

「很多東西都是你要一直去不斷的嘗試,沒有東西是你可以去一開始做就做完成的。」

石玉銓說,經過此事件後,固然感到灰心,但多虧那位評審的當頭棒喝,他們開始不斷改進作品、調整自己的腳步,藉由每次參賽的評語激勵自己繼續向前,終於在去年年底由盛群半導體股份有限公司主辦的第十二屆盛群盃 32-bit MCU 應用組奪冠;之後一路過關斬將,得到馬來西亞國際發明展的金牌和伊朗特別獎、以及臺灣創新技術博覽會發明競賽鉑金獎等獎項,獲獎無數。

脫離無力感 放眼未來

林照峰說,學生設計的作品要能夠商品化,進入市場,機率大概僅有千分之 3。即使能成功進入市場,也要不斷進行驗證以及辦理專利、商標權等,需耗費將近 10 年、甚至更長的籌備期,才能真正送到消費者手中。他表示,目前透過參加各項發明展以及競賽來推廣作品,提高產品曝光率,希望能被企業青睞,得到商品化的機會。

同時也因為是學生作品,每個實驗室的研究經費都不相同;團隊 4 人認為,因為這點,即使目前已經完成作品,甚至得獎,要進一步改進作品的機會微乎其微。石玉銓說,就算作品不被採用成為商品,希望未來有後進或是業界,能夠看見他們的所提出的物聯網防災概念,運用未來新增的技術、觀念繼續改良這項產品,讓它最終能為世人所用。

自我期許 向前邁進

林照峰說,未來最理想的情況是能夠與政府合作,將產品完善化,如防水、廣泛設置等,實際裝載在土石流警戒區的鄉鎮村里山區,以大幅減少傷亡。

「只要有人因為這件作品逃過土石流,生命安全,那這件作品就有價值了。」他期許這項商品總有一天能夠大放異彩,離開實驗室,真正拯救人們的生命。

「忘記背後,努力面前,向著標竿直跑。」面對未來,身為基督徒的石玉銓引用聖經的話鼓勵自己,未來進入相關業界後也不忘初衷,繼續努力向前;張鈜幃也希望未來自己的作品能夠回饋社會,應用自身所學,造福更多人。

採訪側記

當年莫拉克災情歷歷在目,很高興台灣有這麼一群人共同為了防災努力。採訪過程中,我們看見他們不只對作品有著很高的追求,同時有著更高的理想,只為了能拯救更多生命。希望未來他們的作品或是概念能夠受到矚目,讓台灣有更好的防災機制以及措施,讓悲劇不再發生。

全文轉載自生命力新聞,原文標題:土石流來襲 未來手機告訴你

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以科技因應高齡趨勢:師生共組「世大智科」,運用物聯網及 AI 技術打造長者智慧生活

2019.01.03
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2018 年 3 月,台灣超過 65 歲以上的人口達 14.05%,正式邁入「高齡社會」的新時代。在人口老化的趨勢下,根據衛生福利部的統計,為了照顧高齡家人,照護者平均花 9.9 年照護長者,每天照護時間長達 13.6 小時。而台灣有 13.3 萬人因而離職,顯示出長者的照護需求日漸增加之情形。

對此,元智大學機械系教授徐業良率領一群學生成立「世大智科」,推出一系列智慧照護產品,以科技因應高齡趨勢,盼能減輕照護者壓力、並提升長者的生活品質。

文:社企流

最資深的新創公司: 15 年校內研究中心轉型創業

世大智科的緣起,得從 2003 年開始談起。當時,徐業良投身老人福祉科技(Gerontechnology)領域,在元智大學內成立「老人福祉科技研究中心」,以造福高齡者為核心,致力開發科技產品,成為國內的先驅。

2016 年,在經濟部「產學研價值創造計畫」的協助下,老人福祉科技研究中心與寢具用品公司「世大化成」合作,由世大化成持股 10%,共同成立「世大智科」(G-Tech)。3 者的分工為:老人福祉科技研究中心負責中上游的技術研發和人才培育;世大化成進行硬體生產和百貨通路的銷售;而世大智科則進行產品開發和電商通路的銷售。

身為一間「最資深的新創公司」,世大智科成功研發出貼近長者與照護者需求的生活智能產品。無論是能顯示長者躺臥或起身狀態的「安心臥」床墊、或是顯示長者定位且可擴充成遊戲玩具的「天才巧拼」,都大幅減輕第一線照護者的照護壓力,提升長者的生活品質。

這些平易近人好操作的產品背後,運用的是當今最先進的技術——「物聯網」(Internet of Things,簡稱 IoT)以及「人工智慧」(Artificial Intelligence,簡稱 AI)。

以使用者經驗出發,打造生活智慧照護產品

走進產品的展示間,映入眼簾的是一張單人床,床上放置著「安心臥」床墊。徐業良表示,此床墊是跨領域產學合作團隊代表作,為世大化成原有的產品「Imager 37 易眠床」改良研發而成。

其特殊的溫感釋壓泡綿可分散身體接觸的壓力點、減少使用者褥瘡發生的機率;一旁的電視螢幕上顯示著使用者的臥離床狀態,供照護人員觀察。如照護者可藉由監測介面得知長者起身或坐在床緣,這時屬於跌倒風險高的時刻,照護人員便可立即前往關心。

安心臥床墊背後運用的是物聯網和人工智慧的機器學習(註一)兩大技術。一張床墊底下,安裝了 30 個感測器,使用者躺下時將觸發不同區域的感測器。

為了使床墊能夠判讀使用者的躺臥狀態,團隊邀請不同身高體型的受測者躺臥在床墊上,將感測器所搜集的數據資料送進機器學習軟體裡,指示其數據所對應的躺臥狀態。機器學習軟體便將數據做分類,形成新的模型,產出演算結果。團隊再將演算結果寫成程式,放入晶片中。

當有新的使用者躺臥,觸發新的感測器時,床墊便能判讀使用者的狀態。接著,床墊便將該資訊傳送給監測系統,照護人員便能隨時了解長者的躺臥狀態。

在一旁的櫃子上,則放置著應用物聯網技術的雙向呼叫器「天才呼叫」。外型簡單大方,類似貼合手掌形狀的電腦滑鼠,上方有個直徑約 4 公分的圓形按鈕。

當長者有需要時,不需要離床,只要按下按鈕,便會傳送需求至照護者的手機。照護者便能點選「晚點到」或是「馬上到」即時回應長者的呼叫。若為前者,長者的呼叫器便會轉為紅色,若為後者,呼叫器便會轉為綠色。而呼叫器也可作為彩色夜燈,和室內其他物聯網產品連動。

而單人床四周鋪著木質紋路的「天才巧拼」,同樣裝有感測器,提供室內定位、活動力監測、跌倒偵測等功能,當長者不小心跌倒在地,巧拼便會傳送通知,讓照護人員在最快的時間內發現並處理。

近年,醫療領域研究者發現失智症患者,使用不以娛樂為目的「嚴肅遊戲」(註二)做復健後,具有相當的成效。因此,世大智科便延伸天才巧拼的用途,將之連接上控制器、app  與電視螢幕,成為結合運動與認知遊戲。

目前團隊設計了幾款遊戲,例如訓練記憶的翻牌遊戲、訓練計算的數學遊戲,以及由打地鼠概念出發,富有台式風情的打蟑螂遊戲等等。同時,團隊也嘗試將華碩的機器人 Zenbo 加入遊戲中,當長者完成遊戲時,Zenbo 便會鼓勵長者,提供多感官的刺激。

世大智科利用感測器及物聯網技術,讓床墊、巧拼等居家用品變身智慧產品,用以感測長者的健康及安全狀態,此舉比起裝設監視器,更能使長者感到安心及舒適。徐業良表示團隊設計產品的黃金守則為:在盡量不改變長者生活習慣的前提下,將熟悉的家居用品轉換成物聯網產品,為長者帶來更便利舒適的生活。

如今,這些產品皆取得專利或認證,並獲得多項獎項肯定,更於 2017 香港樂齡科技博覽暨高峰會及 2018 美國國際消費性電子展等國際展覽中亮相;現已有數家醫院及療養機構使用世大智科的產品。

徐業良接著說明道:「我總是告訴學生,我們是一群設計者(designer),不只是工程師(engineer)。」這樣的思維來自於徐業良在史丹佛大學攻讀機械系設計組博班時的設計思考(Design Thinking)的訓練。因此,徐業良在帶領團隊時,總是將實際的使用者體驗作為每次產品更進步的依據。

克服從實驗室到醫院的種種困難,為長者帶來便利生活

在實驗室完成後,進到醫療院所或是一般家庭中使用,又是另一個挑戰的開始。譬如在使用天才呼叫之前,得先連上無線路由器(AP)。即便團隊已盡可能將步驟說明得簡單清晰,許多使用者仍未好好連路由器。這個步驟未設置好,後續的功能便無法發揮。

為此,團隊預計在下一版本的使用手冊中加強說明此步驟的目的,讓使用者明白其重要性,提升天才呼叫的使用順暢度。又例如安心臥,目前也遇到一個新的改良需求——病人出院後,醫療器材皆需要徹底清潔,但消毒水卻會造成感測器損毀,因此團隊將針對安心臥材質進行改良。

在資金方面,世大智科極力爭取政府的補助作為資源的後盾。在早期階段,老人福祉科技研究中心以學術單位的身份,每年爭取 2 至 3 個科技部的研究補助;另一個資金來源則為經濟部,如「產學研價值創造計畫」和「智慧城鄉生活應用發展計畫」等。

徐業良表示,這兩方的補助計畫性質與方向皆不同,科技部是研究導向、經濟部則鼓勵產業化。產學研創價計畫鼓勵學術單位與民間公司合作,世大智科便是在這樣的機緣下成立。

而智慧城鄉生活應用發展計畫為世大智科技近期爭取到的計畫,內容是協助桃園榮民之家將一層樓設置為智慧照護場域。在政府資源的協助下,讓世大智科一步步發展至今。

如今,世大智科長期的付出終於有了成果,各項產品目前分別被亞東醫院、台北榮總、朱崙老人公寓等醫護院所採用。且根據近期亞東醫院的統計,使用安心臥床墊後褥瘡發生率降低許多;天才巧拼組成互動遊戲組後,也獲得桃園榮民之家職能治療師的喜愛,且回饋許多建議給團隊做未來的改良參考,形成良性的循環。

汲取創業經驗,淬煉 3 項人才培育重點

包含徐業良在內,世大智科共有 9 位共同創辦人,其他 8 位過去都是徐業良的學生,他們一起研發產品、參展以及銷售。

這批學生年僅 25 、 26 歲,便有豐富實戰經驗,也不畫地自限,無論是硬體、app、韌體(註三)、電路板、做展覽時的展板、影片剪輯都是自己做的。其中一位學生更捨棄知名科技公司高薪的研發替代役機會,只為了繼續和團隊一起將學生時代的心血完成,這一切都令徐業良驕傲不已。

面對「老師」到「老闆」角色的轉換,徐業良坦承道:「我現在在一個陌生的領域。過去以老師的角度出發時,會考慮實驗的嚴謹度、成果能否登上學術期刊;如今老闆的思維則是重視產品能不能生產、成本是多少以及如何獲利。創業能讓自己接觸新的領域、並有更多突破,這樣很好玩。」

目前,公司尚在轉型的過渡期,銷售佔收入比不高,需接政府或民間專案增加收入,導致成員需一人分飾多角。面對這樣的挑戰,會不會有壓力?共同創辦人暨韌體經理蔡森裕答道:「很好玩啊!」而同樣的 3 個字不久前才從徐業良口中吐出。

有了這次的創業經驗,徐業良在課堂中培訓學生時更加看重 3 大重點:提升跨領域整合能力、降低學用落差,以及落實以使用者需求為出發的設計思考。無論是機械系與藝術與設計系一起合作開設的「創新產品開發學程」碩士班、或是大學部開設的入門工作坊及學程,徐業良都相當強調以上 3 點。

此外,徐業良也鼓勵學生參加各項創業競賽、多修一些業師的課程,利用各種機會磨練實戰力。

展望世大智科的未來,徐業良相當樂觀,認為老人福祉科技在未來應用將會越來越廣泛。團隊在技術面會不斷更新,以跟上最新的技術;產品方面則預計延伸至失智症領域,希望服務更多受失智症所苦的長者。

「我現在 55 歲,已經在元智大學服務第 27 年了,我還要在這裡(世大智科)做 25 年!」遙想屆時 80 歲的徐業良,會不會也在使用自家的生活智能產品?或跟著自家研發的機器人組隊打鬥牛?又或者出現比物聯網更新穎的科技技術?只有時間能見證這一切了。

註一:機器學習(Machine learning),屬於人工智慧的一部分,意即讓機器(電腦)像人類一樣具有學習與判斷的能力。

註二:嚴肅遊戲,又稱為功能遊戲(Applied game),意指將數位遊戲應用於其他專業領域,如醫療保健、防衛、教育、應急管理、都市計畫等的電子遊戲。

註三:韌體(Firmware),是介於硬體和軟體之間的一種程式指令或資料。

全文轉載自勞動力發展數位服務平台

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