Самый верный способ защититься от травм спины при работе с тяжестями – отдать такую работу кому-нибудь другому. А если серьёзно, то правильное обращение с тяжёлыми предметами – это целая наука. Например, многие знают, что поднимать и опускать тяжести надо с прямой спиной, так, чтобы основная нагрузка приходилась на ноги. Отступление только от одного этого правила рано или поздно даст о себе знать, а ведь есть и другие.

Нарушение техники безопасности на производстве превращается в травмы работников и в потери компаний. В 2013 году, например, травмы спины стоили компаниям в США 70 миллионов долларов. Налицо проблема, неприятная и дорогая. Стартап из Нью-Йорка KINETIC, который занимается интеллектуальными носимыми устройствами, нашёл способ использования вычислительных модулей Intel Edison для создания системы, которая может значительно сократить травмы на опасных рабочих местах и сэкономить компаниям огромные средства.

KINETIC использует датчики в устройстве, которое крепится на поясе, а также хорошо продуманные алгоритмы, которые помогают определить, работает ли человек с тяжестями безопасно, или так, что того и гляди сорвёт спину. Дополнительный модуль, напоминающий наручные часы и оснащённый вибромотором, способен мгновенно оповещать работника о том, что он совершает опасные действия. Для постоянного повышения квалификации сотрудников, а значит – безопасности работы, в конце смены данные с устройств собирают, загружают в облачную службу и анализируют. В результате эти данные превращаются в ценные аналитические сведения, в статистическую информацию, которую можно посмотреть через веб-интерфейс. Эта аналитика может быть использована, например, для дополнительного обучения сотрудников и для того, чтобы изменить что-то на рабочих местах и сделать их безопаснее.

Как маленький стартап, которому лишь полтора года от роду, смог быстро разработать IoT-устройство промышленного класса, написать для него программы и вывести на рынок? Сегодня мы, вместе с основателями KINETIC, расскажем захватывающую и вдохновляющую историю этого проекта.

С чего всё начиналось

CEO и один из основателей KINETIC, Хэйтем Элхавэри, получил образование в области биомедицинской инженерии. Он хотел сделать так, чтобы люди, которые работают с тяжестями, меньше страдали от травм на рабочем месте. Подобное желание вызвали у него воспоминания о том, как его мать, которая работала медсестрой, постоянно жаловалась на боли в спине. Это и неудивительно: ей приходилось помогать пациентам, нередко – совершенно беспомощным. Вот, что он сам говорит о проекте: «Мне хотелось взять технологии, которые давно уже доступны на рынке, и внедрить их на рабочие места, туда, где эти технологии смогут помочь в уменьшении производственных травм».

Грузчиков он видел в роли «промышленных спортсменов», поэтому нашёл нечто похожее на то, что хотел создать, среди спортивных устройств, таких, как кроссовки Nike Plus. Они оборудованы датчиками, способными распознавать движения, направление перемещений, ускорения, подъёмы. На основе собранных данных можно определить, чем именно человек занимается, посчитать пройденный путь, дать ему рекомендации.

«Как и в случае с любым носимым устройством, или с чем-то, что относится к интернету вещей, – говорит Хэйтем, – в проекте имеется аппаратная составляющая, требующая специальных знаний в конструировании и производстве. Дальше – сенсоры, которые собирают данные. Для того, чтобы извлечь из этих данных что-то полезное, нужны не только знания того, как их интерпретировать, но и умение очистить их от шума и выделить самое главное. Следующий этап – разработка пользовательской части проекта. В частности, информационной панели с понятными аналитическими сведениями».

Для того, чтобы дать проекту жизнь, Хэйтем и ещё один основатель проекта, а также – его CTO, Адитья Бэнсэл, инженер-электронщик с опытом разработки носимых устройств, заручились поддержкой специалиста в области обработки данных, инженера-программиста и двух инженеров-механиков, один из которых обладал производственным опытом. Посмотрим, что у них получилось.

Начало работы с вычислительным модулем Intel Edison

Возможность собирать данные о действиях работников и давать им мгновенную обратную связь, когда они обращаются с тяжестями, рискуя здоровьем, означает, что устройство должно выполнять вычисления в реальном времени.

«Вот как обычно автоматизируют некие процессы на складах или заводах, используя портативные устройства. Сначала собирают данные, потом отправляют их в облако, выполняют там необходимые вычисления. Затем передают результаты обратно. Устройства, в свою очередь, как-то реагируют на принятые результаты», — рассказывает Хэйтем.

У этой идеи, в применении её к целям KINETIC, есть серьёзный недостаток. Дело в том, что далеко не на всех участках складов или заводов можно подключаться к Wi-Fi-сетям. Команда KINETIC нуждалась в решении, которое способно обрабатывать данные локально, используя аппаратные возможности портативного устройства. «Вычислительный модуль Intel Edison сыграл в нашем проекте важнейшую роль», — говорит Хэйтем. «Он весьма компактен и при этом обладает отличными вычислительными возможностями. Edison способен обрабатывать данные сразу после их поступления, мгновенно реагировать на опасные ситуации, не полагаясь на внешние службы, к которым нужно подключаться по Wi-Fi».

В Intel Edison, миниатюрном, экономичном в плане энергопотребления устройстве, имеется встроенный двухдиапазонный Wi-Fi-адаптер. Edison поддерживает Bluetooth 4.0, оснащён двухъядерным процессором Atom и микроконтроллером Intel Quark. Хэйтем считает, что Edison дал KINETIC отличную многоцелевую платформу, а это, кроме прочего, означает гибкость решения. О какой «гибкости» идёт речь? Вот, как на этот вопрос отвечает основатель стартапа: «Сейчас мы заняты защитой от травм при работе с тяжестями, так как именно на них приходится львиная доля требований о компенсации от работников. Развиваясь, мы хотим, чтобы наши решения можно было использовать для анализа других видов работ, неправильное выполнение которых травмоопасно».

Носимое устройство компании KINETIC полагается на вычислительный модуль Intel Edison, работая с его датчиками, собирая данные и храня их во флэш-памяти. Устройство использует встроенный в Edison Wi-Fi-адаптер для того, чтобы выгружать данные в облако. Делается это в конце смены. Bluetooth применяется в тех случаях, когда в решение добавляются дополнительные носимые датчики. Именно с помощью BT они взаимодействуют с основным модулем.

Анатомия устройств от KINETIC

Система, которую разработала компания KINETIC, включает в себя два устройства. Первое, основное, носят на поясе. Оно, кроме прочего, содержит датчики и вычислительный модуль. Второе, необязательное, напоминает наручные часы. Его носят на запястье, оно содержит дополнительные датчики и дисплей. Когда оно используется, оба устройства работают вместе, собирая более точные сведения о действиях работников.


Интеллектуальные носимые устройства от KINETIC защищают работников от травм спины, выявляя потенциально опасные действия в режиме реального времени

Устройство, которое носят на поясе, включает в себя встроенный акселерометр и измеряет ускорение, угол наклона, положение в пространстве, используя собственный алгоритм компании. «Мы наблюдаем за движениями, которые совершает работник, когда имеет дело с тяжестями и нагружает позвоночник», — рассказывает Хэйтем.


Устройство от KINETIC, которое крепится на пояс. Оно способно работать автономно и включает в себя датчики и вычислительный модуль Intel Edison

Моделирование действий

Опыт Хэйтема в области биомеханики сыграл ключевую роль в разработке алгоритмов для наблюдения за деятельностью сотрудников и для определения того, насколько безопасно выполняются те или иные действия.

«Об этом очень много написано», — говорит Хэйтем. «В последние 20 лет учёные разработали и опубликовали модели, которые описывают показатели, являющиеся индикаторами риска. Мы выясняли, какие показатели работают лучше всего».

Вместо того, чтобы изобретать велосипед, команда KINETIC автоматизировала то лучшее, что смогла обнаружить. «Обычно эргономисты поступают так: останавливают человека в процессе выполнения им некоей операции, скажем, при подъёме тяжёлого ящика, и, в буквальном смысле, начинают измерять, например, изгиб спины и коленей, и то, насколько далеко ящик находится от поясницы», — рассказывает Хэйтем.

Для исследовательских целей всё это очень полезно, но в реальном мире, на производстве, например, подобные «ручные» измерения неприменимы. По словам основателя компании, благодаря KINETIC впервые в истории стало возможным автоматизировать подобные измерения, и, если риск слишком велик – мгновенно оповестить об этом работника.

Как же в KINETIC узнают, например, что некий ящик удерживается слишком далеко от тела человека? «Для решения этой задачи используется дополнительный наручный модуль», — объясняет Хэйтем. «Устройство, закреплённое на поясе, может отследить перемещения и изгиб спины. Только с его помощью можно сделать очень и очень многое. Однако, если необходимы более подробные данные, например, надо узнать, насколько далеко ящик находится от поясницы, или если требуется получить данные о подъёме тяжестей выше уровня плеч, что считается очень рискованным делом, тогда нужен модуль, который крепится на запястье».

Изменение поведения

Много сил у KINETIC ушло на создание механизма обратной связи, благодаря которому работники узнают о том, что делают что-то опасное. «Менеджерам очень понравилась бы идея с электрошокером. А вот работников такая обратная связь точно не порадует», — смеётся Хэйтем. «А если без шуток, то устройство на запястье вибрирует, как виброзвонок у телефона, когда приходит сообщение. Главная цель обратной связи – менять опасные сценарии поведения на безопасные».

Сложностей добавляет и то, что работники, даже в ущерб безопасности, пытаются успеть как можно больше. Многое здесь зависит от форм и систем оплаты труда. По словам Хэйтема, людей обучают работать безопасно, но часто они, не обращая внимания на то, чему их учили, выбирают самые быстрые способы выполнения тех или иных действий.

В KINETIC хотели напоминать работникам о том, чему их учили. Летом компания запустила пилотную программу в нескольких складах компаний, которые работают в областях доставки грузов и логистики. Эта программа дала им некоторые важные сведения. «Оповещение людей об опасных действиях, в целом, оказалось полезным», — говорит Хэйтем. «А для того, чтобы усилить этот эффект, работников нужно мотивировать, нужно позволить им взаимодействовать с системой, сделать её понятной».


Устройство KINETIC достаточно тонкое, что позволяет удобно носить его на поясе

Работники старшего поколения обычно внимательно относятся к безопасности труда и здоровью, в то время как более молодые и более сильные думают, что они неуязвимы. Для того, чтобы мотивировать их всех, KINETIC использует метод, хорошо известный в спорте: соревнование. А именно, ведётся учёт действий, выполненных с высоким риском для здоровья, которые каждый из работников совершил за день. Потом результаты работников сравнивают. Тот, кто выполнил больше всего высокорисковых операций безопасно, получает небольшое вознаграждение.

KINETIC позаимствовала ещё одну идею из сферы потребительской носимой электроники: таблицу лидеров. Она позволяет работникам видеть, каковы их результаты в сравнении с предыдущими рабочими днями и сопоставлять свои достижения с показателями других сотрудников. В KINETIC говорят, что людей подобная идея привлекла, они начали обсуждать это друг с другом: «Не могу поверить, что ты вырвался вперёд», «Нам нужно её обойти». Работа из скучной последовательности действий превратилась в увлекательное соревнование.


Проверка таблицы лидеров

Кроме того, такой подход помог построить доверительные отношения в коллективе. «Когда мы дали работникам доступ к таблице лидеров, — рассказывают в KINETIC, — они смогли свободно видеть свои и чужие результаты. Они поняли, что им не стоит беспокоиться о том, что в недрах нашей системы происходит нечто для них непонятное, но способное как-то на них повлиять».

Обработка данных

Сенсоры собирают данные, но, вместе с полезным сигналом, в этих данных много шумов. «Сведения с датчиков движения сильно зашумлены», — рассказывает Адитья Бэнсэл. «Мы используем множество традиционных алгоритмов обработки сигналов. Вычислительная мощь Edison оказалась весьма кстати для решения таких задач».


Слева – зашумлённые показатели датчика. По таким данным тяжело понять, как, на самом деле, двигается человек. После обработки сигнала становится хорошо видно, когда именно человек наклоняется (синяя линия идёт вверх) и возвращается в исходную позицию (синяя линия уходит вниз).

Особый вид шума – это действия самого работника. Такой «шум» возникает, когда человек, например, обедает, машет руками или делает что угодно, не относящееся к работе с тяжестями. «Это возвращает нас к тому, чего уже касался Хэйтем, рассказывая об алгоритмах обработки показаний датчиков и о выяснении того, чем именно занят работник», — говорит Адитья. «Нам нужно отбросить всё, что не относится к работе с тяжестями».

Для того, чтобы решить эту задачу, команда KINETIC записывала деятельность работников на видео. «Мы сопоставляли сведения с датчиков с тем, что было на видео. Делалось это для того, чтобы выяснить, чем именно люди занимаются и как на это реагируют сенсоры», — пояснил Адитья.

Подключение к облаку

В конце смены работники устанавливают свои устройства в зарядную станцию. Тогда же все эти устройства начинают передавать данные в облако. В проекте используется API Amazon Web Services (AWS), которое позволяет безопасно передавать информацию напрямую в облачную службу.

Аналитическая система Amazon Elastic MapReduce (EMR) в реальном времени обрабатывает огромный объём информации, собранной с сотен устройств и сохраняет их в базе данных, размещённой в AWS. После этого данные поступают в информационную панель KINETIC, давая менеджерам осмысленные, пригодные для дальнейшей работы с ними, показатели.

Обобщение опыта

Учитывая огромный объём собираемых данных, неудивительно, что в KINETIC обнаружили некоторые интересные шаблоны в поведении работников. «Мы увидели чёткие всплески опасной активности в определённые моменты рабочего дня», — рассказал Хэйтем. «На одном заводе такое происходило прямо перед обеденным перерывом и незадолго до завершения работы. Думаем, это говорит о том, что люди пытаются успеть побольше сделать перед перерывом или перед окончанием смены».

«Представьте, что вы – руководитель службы техники безопасности», — продолжил он. «Вы собираете данные о высокорисковых действиях, которые совершают работники компании. Затем решаете внедрить новую программу обучения или потратить средства на более удобное и безопасное оснащение рабочих мест. После внедрения новшеств вы должны увидеть изменение показателей. Если разницы нет – значит то, что вы сделали, ничего не изменило. Это позволяет оценивать реальное воздействие на ситуацию мероприятий по повышению безопасности. До сих пор же единственным способом понять, работает новшество или нет, было простое ожидание и оценка изменения числа травм».

Вклад в сообщество: семинары

Хэйтем Элхавэри и Адитья Бэнсэл активно участвуют в жизни сообщества разработчиков, исследуя новые идеи, поддерживая талантливых новичков и помогая другим вывести их разработки на рынок. Делают они это, организуя ежемесячные семинары в Нью-Йорке.

«Мы рассказываем о полученном опыте, о том, как вывести продукт на рынок, о построении бренда. Уделяем внимание производству», — говорит Хэйтем. Эти мероприятия ежемесячно привлекают более 200 человек, причём, в список членов входит около 3000 разработчиков. По этому поводу Хэйтем замечает: «Полагаю, это свидетельствует о росте популярности аппаратных стартапов».

Адитья с этим согласен: «Я провожу семинары по встроенным системам здесь, в Нью-Йорке. Они меньше нацелены на бизнес. Посвящены эти семинары, в основном, программному обеспечению и техническому сообществу. На мероприятиях представлено множество компаний, в том числе – Intel. Это говорит о размере сообщества, сформированного вокруг встроенных систем в Нью-Йорке».

Итоги

Intel внесла серьёзный вклад в IoT-сообщество. Это, например, поддержка, которую компания оказывает тем, кто заинтересован в Intel Edison. KINETIC – один из примеров. Участие Intel сыграло важную роль в их проекте, помогло быстро разработать интеллектуальное носимое устройство, подключаемое к облаку, выпустить его на рынок. Помощь, в частности, заключалась в ответах на технические вопросы и в поддержке в области программной части проекта. Вычислительный модуль Intel Edison оказался идеальным выбором в деле локального сбора и обработки данных и безопасной отправки их в облако AWS для анализа.

KINETIC активно участвует в форумах Intel Development Zone «Всякий раз, когда мы сталкиваемся с проблемой и находим её решение, мы тут же публикуем ответ», — говорят в компании.

KINETIC выполняет благородную миссию повышения безопасности труда и уменьшения расходов. Компания, без преувеличения, защищает «хребет экономики». В места, где до сих пор «технологиями безопасности» были каски, защитные ботинки с металлическим носком и предохранительные очки, KINETIC проложила дорогу для IoT-решений, основанных на вычислительных модулях Intel Edison, датчиках и облачных службах AWS.