政大大學報

晶片助自動扶正 智慧拐杖防長者摔倒

【記者吳曼嘉綜合報導】根據衛生福利部國民健康署民國107年死因統計,「跌倒」高居65歲以上事故傷害死亡原因第二位。由嶺東科技大學資訊科技系及台中市私立嶺東高級中學學生共同設計的「挺挺玉立—智慧防摔拐杖」,經由拐杖內部的晶片運算後,改變底座角度以預防跌倒,該作品入圍「第一屆大手攜小手物聯網創新應用競賽」。

長者因膝關節退化、平衡系統變差,因此需依賴拐杖行走,但拐杖卻可能會增加跌倒的風險。 圖/吳曼嘉攝

智慧防摔拐杖如同現行的四腳拐杖,在拐杖底座安裝兩個伺服馬達(註1),使其能360度旋轉,並將馬達連接Arduino晶片(註2),利用晶片內已寫好的程式碼控制馬達。為提高準確率,團隊更替裝置加上九軸感測器,以減少誤差,使晶片運算結果更為精確。使用者只需打開開關,伺服馬達與晶片便會自動調整拐杖底部的旋轉角度,無論拐杖如何傾斜,底座永遠會穩定直立於地面。

註1:伺服馬達為可控制旋轉馬達,會依照指示命令動作,而其旋轉的角度是180度,因此智慧防摔拐杖需要兩個伺服馬達。
註2:Arduino晶片是一台微型的小電腦,藉由人類輸入進去的程式,完成各種指令。
團隊成員陳盈錡示範如何使用可自動扶正的「智慧防摔拐杖」,它的外觀如同現行的四腳拐杖。 圖/張瑋文提供

因應3D列印為現今趨勢,成本不高,又能夠快速成型,智慧防摔拐杖的底座也採用此技術。然而團隊成員張瑋文說:「畢竟目前還是屬於實驗階段,所有功能都尚未完善,零件也是直接裸露在外。」3D列印的成品較為簡陋、不精緻,因此規劃請設計師針對外型及材質進行調整,讓其更為美觀。

「智慧防摔拐杖」的3D模型圖,在拐杖底座安裝兩個伺服馬達及Arduino晶片,用於控制拐杖底部的旋轉角度。 圖/張瑋文提供

張瑋文坦承,智慧防摔拐杖尚有許多不足之處,例如走在斜坡上時,無法調整成適合使用者的角度等,尚需更多試驗以精進其效用。目前鋰電池為該裝置的動力,指導教授沈志昌表示,外出還需要多準備一顆電池,十分不便,因此考慮改以USB充電,並打算加入蜂鳴器,若老人家跌倒,拐杖會發出聲響,提醒周圍的人提供協助。張瑋文說:「未來希望可以讓它(智慧防摔拐杖)的功能更多樣,輔正可以更精準。」期盼當使用者在各個場合行走時,智慧防摔拐杖都可精準運算,達到扶正的功能。

起初團隊希望該裝置可在使用者要跌倒時提前發出警訊,但經討論,他們認為跌倒為必然,「我們因此將研究方向轉為,利用其他力量阻止跌倒這個動作要發生的剎那。」沈志昌說。他們注意到跌倒時人會往前,拐杖失去支點連帶也會傾倒,因此智慧防摔拐杖在使用者要跌倒的瞬間,會提供一個反作用力,幫助他穩住腳步。

民眾劉錦珠說:「因為拐杖是維持直立的,它其實可以增加老人家走路的穩定度。」一旦長輩使用智慧防摔拐杖,家人會比較放心讓其單獨外出,他也認為老人家使用此拐杖便不必擔心拐杖掉落,而需要彎腰撿拾的情況。社團法人中華民國兒童及老人照護協會理事長劉銀冰則認為,其藉調整角度以阻止跌倒的發生,為相當創新的設計,但仍需考量其抓地力以達到防滑作用,才能確保長者的行走安全。