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Título: UFES CloudWalker: a cloud-enabled cyber-physical system for mobility assistance
Autor(es): Mello, Ricardo Carminati de
Orientador: Frizera Neto, Anselmo
Coorientador: Ribeiro, Moisés Renato Nunes
Data do documento: 1-Mar-2018
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Andadores inteligentes são dispositivos robóticos que fazem uso de uma série de sensores, atuadores e interfaces para prover funcionalidades de assistência à mobilidade para indivíduos com desordens de marcha. A crescente complexidade computacional demandada por algoritmos e técnicas recentes aplicados à robótica móvel, social e de saúde, comumente limitados pelo hardware embarcado do robô, aliados com avanços em tecnologias de rede e computação em nuvem deram origem ao paradigma da robótica em nuvem. Esta dissertação propõe, implementa e valida um sistema cyber-físico habilitado por computação em nuvem para assistência à mobilidade. O sistema, denominado UFES CloudWalker, tem por objetivo a integração entre andadores inteligentes e plataformas remotas de computação em nuvem, com foco na expansão das capacidades e funcionalidades oferecidas por estes dispositivos para usuários, pacientes, profissionais de saúde e familiares. O UFES CloudWalker explora conceitos de robótica em nuvem para expandir as capacidades dos andadores inteligentes apesar de possíveis limitações de hardware. Este trabalho apresenta um estudo sobre dispositivos de assistência à mobilidade, focado em andadores inteligentes, e um estudo em sistemas cyber-físicos e robótica em nuvem, com foco em suas aplicações na área de saúde. Ademais, também se discute desafios e potencialidades de combinar estes conceitos de sistemas cyber-físicos e robótica em nuvem aplicados a andadores inteligentes. Como parâmetros variáveis de rede e nuvem (e.g., latência fim-a-fim, perda de pacote, e disponibilidade) podem afetar tremendamente o controle desse tipo de sistema, dois grupos de experimentos são realizados para validar preliminarmente o sistema proposto e entender os impactos da qualidade de serviço prestado pela rede e pela nuvem sobre a avaliação do usuário final sobre sua qualidade de experiência. O sistema é implementado pela primeira vez através da integração entre um andador desenvolvido na UFES, o UFES Smart Walker, e uma plataforma de nuvem localizada em um edge data center. Para completar a validação do UFES CloudWalker, o sistema implementado é utilizado em um experimento realizado sobre um cenário de serviço de assistência à mobilidade. Os resultados obtidos mostram a viabilidade do sistema proposto mesmo sob condições desfavoráveis de qualidade de rede, abrindo as portas para o desenvolvimento de uma nova geração de andadores robóticos, integrados com a nuvem e capazes de lidar com um futuro sistema de saúde conectado.
Smart walkers are robotic devices which rely on a series of sensors, actuators, and interfaces to provide mobility assistance functionalities to mobility impaired individuals. The increased computational complexity demanded by recent algorithms and techniques applied to mobile, healthcare, and social robotics, often limited by the robot's embedded hardware, together with advancements on networking and cloud computing enabled the so-called cloud robotics paradigm. This dissertation proposes, implements, and validates a cloud-enabled cyber-physical system for mobility assistance. The system, named UFES CloudWalker, envisions the integration of smart walkers and remote cloud computing platforms, aiming at expanding smart walkers' capabilities and the features those devices can o er to users, patients, medical sta , and family members. UFES CloudWalker explores cloud robotics concepts to unleash smart walker's capabilities despite possible hardware limitations. This work presents a study on mobility assistive devices, focused on smart walkers, and a study on cyber-physical systems and cloud robotics, focused on its applications in healthcare, and discuss the challenges and potentialities of combining cyber-physical systems and cloud robotics concepts concepts in smart walkers. Nevertheless, as network and cloud parameters (e.g.,end-to-end latency, packet loss, and availability) can largely a ect control on such class of systems, two experiments sets are performed to preliminarily validate UFES CloudWalker's feasibility and to understand the impacts of the network and cloud quality of service over the end user's quality of experience. The system is implemented for the rst time by integrating an in-house developed smart walker, the UFES Smart Walker, and a cloud platform located in an edge data center. To complete the validation of the UFES CloudWalker, the implemented system is used in an experiment set built over a mobility assistance service scenario. The results obtained argue for the feasibility of such system even under unfavorable network quality scenarios, opening a door for the development of a new generation of smart walkers, in which the devices are enabled by the cloud and able to cope with future connected healthcare systems.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9573
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