KINETIC：Intel® Edison 计算模块为预防起重损伤的可穿戴设备提供动力

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重物搬运最好用腿。或者更好的是，用别人的腿。无论谁在做这项工作，2013 年与搬运相关的背部受伤给美国公司造成了惊人的 700 亿美元损失¹。KINETIC 是一家总部位于纽约市的智能可穿戴设备初创公司，他们找到了一种方法，利用 Intel® Edison 计算模块来创建能够显著减少这些代价高昂的工伤的设备。

具体来说，KINETIC 使用腰带式设备中的传感器，结合复杂的算法来检测工人是正确搬运还是以不安全的方式搬运。可选的腕带通过振动警告危险搬运来提供实时反馈。为了进一步训练工人安全而非抱歉，在轮班结束时，将收集到的腰带式设备，并将其收集的数据上传到云端进行分析。然后将结果转化为洞察力——显示在基于网络的仪表板上的统计数据。这些洞察力可用于帮助培训工人，甚至重新设计工作场所，使其更安全。

一家成立一年半的小型初创公司是如何迅速设计、编码并将工业物联网产品推向市场的？这是一个引人入胜、鼓舞人心的故事……

从头开始

KINETIC 联合创始人兼首席执行官 Haytham Elhawary 受到母亲的回忆启发，他的母亲作为一名护士在搬运病人时多次遭受痛苦的背部受伤，因此他着手减少工伤。或者正如他所说，“将长期以来可供消费者使用的技术带到工作场所，用于减少与工作相关的伤害。”

Haytham 将仓库工人视为“工业运动员”，他借鉴了与运动相关的可穿戴设备，例如配备 Nike* Plus 传感器的鞋子，这些鞋子可以检测运动、方向、加速度和海拔，以确定正在进行的活动。

“与任何可穿戴设备或物联网产品一样，”他说，“有一个硬件组件需要制造和工程方面的技能。然后我们有许多收集数据的传感器。这不仅需要解释数据的技能，还需要清理数据以去除噪音，这样我们才能理解它。然后是面向客户的一面，这需要设计一个具有易于理解的分析功能的仪表板用户体验。”

为此，他和联合创始人兼首席技术官 Aditya Bansal（一位拥有消费可穿戴设备工程经验的电气工程师）聘请了一位数据科学家、一位软件工程师和两位机械工程师，其中一位在制造方面拥有专业知识。Haytham 拥有生物医学工程博士学位，Aditya 拥有电气和计算机工程博士学位。

引入 Intel® Edison 计算模块

从工人那里收集数据并在他们执行高风险搬运时立即提供反馈的能力意味着设备需要实时处理计算。

“当你在仓库或工业设施中时，通常你会收集数据，将其发送到云端，在那里进行繁重的处理，然后将其发送回工人以获取反馈，”Haytham 说。

但这个假设存在一个问题。仓库和工业设施中并不总是提供 WiFi* 连接。KINETIC 团队需要一个能够处理大部分繁重处理的解决方案，而且是本地、在设备上，最好是硬件。“Intel® Edison 计算模块非常有意义，”Haytham 说。“因为它在一个非常小的封装中拥有令人难以置信的处理能力，所以它可以向工人提供本地的实时反馈，而无需依赖 WiFi 连接。”

凭借集成的双频 WiFi、蓝牙* 4.0 支持、双核 Atom 处理器和 Intel® Quark 微控制器，以及小巧的外形和低功耗封装，Haytham 觉得：“这个计算模块为我们提供了一个出色的通用平台，具有灵活性。”灵活性用于做什么？“我们目前专注于搬运损伤，因为它们占工伤赔偿索赔的大部分。展望未来，我们希望能够检测其他类型的可能导致损伤的工人活动和行为。”

KINETIC 的可穿戴解决方案依赖于 Intel® Edison 计算模块直接连接到他们的传感器，收集数据，并将其本地存储在闪存中。该设备使用模块的 WiFi 将数据上传到云端，这项任务在每个工作班次结束时进行。当解决方案中添加额外的身体传感器时，蓝牙将发挥作用。这些传感器将通过蓝牙与计算模块通信。

KINETIC 设备剖析

KINETIC 的工业可穿戴系统包括两个设备：一个腰带式传感器和分析中心，以及一个可选的腕带式传感器和显示器。这些可穿戴设备协同工作，以收集更全面的工人指标。

腰带式设备包括一个集成的加速度计，并使用专有算法测量加速度、角度和方向。“我们测量的是，”Haytham 说，“当工人搬运东西并给脊柱带来压力时移动的物体。”

活动建模

Haytham 在生物力学方面的丰富背景是开发用于检测工人活动并确定何时安全何时不安全的算法的关键。

“有很多文献需要查阅，”Haytham 说。“在过去的 20 年里，人们一直在开发和发布描述风险良好指标的模型的论文。我们一直在研究哪些指标效果最好。”

Haytham 的团队没有重新发明轮子，而是将其自动化了。“传统上，人体工学专家会过来，在工人执行任务时打断他们，然后实际测量他们的背部弯曲了多少。膝盖弯曲了多少。盒子离下背部有多远。”

虽然对于研究目的很有用，但这种手动方法在现实世界的实时情况下并不实用。“我们第一次可以自动化这些事情，如果风险太高，可以提供实时反馈。”

他们如何计算盒子是否离人体太远？“这就是可选腕带设备发挥作用的地方，”Haytham 解释说。“腰带式设备可以查看你的背部是如何移动的，以及你是否弯腰。我们只用一个腰带式设备就可以做很多事情。如果你想获得更复杂的，并知道盒子离你的下背部有多远，或者你是否举过肩高，这被认为是高风险，那么你需要腕带设备。”

行为修正

对于用于发出危险信号的反馈机制，进行了大量思考。“经理们喜欢使用电击的想法。工人则不那么喜欢，”Haytham 开玩笑说。“严肃地说，我们提供一种振动，类似于手机收到短信时的振动。最终，我们希望改变行为。”

增加挑战的是生产力的压力。“工人被训练以安全的方式执行某些任务，但他们经常放弃这种训练，转而选择最快的方式。”

KINETIC 想要做的是提醒工人他们的训练。在夏季，他们在航运和物流公司的仓库运行了试点项目，并学到了一些宝贵的经验。“一般来说，反馈会有帮助，”Haytham 说。“为了加强这种反馈，你需要让工人参与并积极主动。”

年龄较大的工人倾向于注重安全和健康，而年轻工人往往更强壮，认为自己是无敌的。为了激励所有人，KINETIC 采用了一种在运动员中广为人知的方法——竞争。“我们跟踪每个工人每天进行高风险搬运的次数，并相互比较。进行高风险搬运最安全的人会得到一个小奖励。”

借鉴消费可穿戴设备的另一种策略，KINETIC 使用排行榜让工人看到他们与前一天相比的表现。“他们围在一起开始互相交谈。‘我不敢相信你赢了我。’‘我们得把她打败。’这不再是一项任务，而变成了一件有趣的事情。”

它还有助于建立信任。“当我们与工人分享排行榜时，他们会看到他们的每日数据。他们明白幕后没有什么需要他们担心的事情。”

数据处理

传感器收集数据，但它们也会收集无关的噪声。“运动传感器会拾取噪声，”首席技术官 Aditya Bansal 告诉我们。“我们使用许多传统的信号处理算法来清理信号。Edison 的处理能力在这方面非常方便。”

工人行动代表第二种噪音。这种类型的噪音发生在，例如，工人吃午饭、挥手或做一些与搬箱无关的事情时。“这又回到了 Haytham 提到的关于数据传感器算法和准确找出工人在做什么的问题，”Aditya 说。“我们必须消除所有与搬运动作无关的动作。”

为了做到这一点，KINETIC 团队使用摄像机记录工人。“我们将工人的运动数据图与视频进行比较，以弄清他们在做什么，”Aditya 说。

连接到云端

轮班结束时，工人将设备放入充电站。同时，所有 KINETIC 设备开始将其数据推送到云端。Amazon* Web Services (AWS) API 用于以安全的方式将数据从设备直接传递到云端。

Amazon* Elastic MapReduce (EMR) 分析实时处理从数百名工人收集到的海量数据，并将其存储在 AWS 上托管的数据库中。KINETIC 的仪表板从该数据库中提取数据，为劳动力经理创建有意义的指标。

学到的教训

有如此多的数据需要检查，KINETIC 发现工人行为中出现了一些有趣的模式也就不足为奇了。“我们在一天中的特定时间看到了明显的峰值，”Haytham 说。“在一个设施中，在午饭前和下班前，我们都会看到不良姿势的增加。我们认为这表明他们试图在午饭前和下班前完成一定量的工作。”

“想象一下你是一名安全经理，”他继续说道。“你收集工人进行高风险搬运的次数。然后你决定实施一项新的培训计划，或者花钱购买一些符合人体工学原理的设备。你应该看到高风险搬运次数的变化。如果你没有看到变化，那么你就知道你所做的事情没有任何影响。它允许你量化你决定推出的任何计划的影响，而在此之前，你必须等待观察受伤人数是下降还是上升才能知道它是否有效。”

回馈社会：聚会

Haytham Elhawary 和 Aditya Bansal 都积极参与开发者社区，孵化想法，培养新兴人才，并帮助其他人将其产品推向市场。他们通过在纽约市每月举办聚会来做到这一点。

“我们讨论经验教训，关于产品上市和品牌建设。关于制造，”Haytham 说。这些活动每月吸引了他们的成员名单中约 3,000 名开发者中的 200 多人。“我认为这证明了硬件初创公司的增长。”

Aditya 同意。“我在纽约市这里举办一个嵌入式系统聚会。它不那么关注商业方面。它更多地是关于固件和技术社区。许多公司都会在活动中发表演讲，包括英特尔。这说明了纽约市这里嵌入式社区的规模。”

总结

英特尔对物联网社区的承诺体现在他们为对 Intel® Edison 技术感兴趣的公司提供的支持上。KINETIC 就是一个很好的例子。英特尔在帮助他们快速开发可穿戴、云连接的智能设备并将其推向市场方面发挥了重要作用，他们回答技术问题并帮助采购零件。Intel® Edison 计算模块非常适合在本地收集和处理数据，并将其安全地发送到 AWS 云端进行分析。

KINETIC 积极为 Intel® 开发者专区 论坛做出贡献。“无论我们发现问题并找到解决方案，我们都会立即发布答案。”

KINETIC 的使命是提高工人安全，降低成本，并在此过程中“保护经济的支柱”。在安全帽、钢头靴和安全护目镜定义“安全技术”的领域，KINETIC 正在为基于 Intel® Edison 计算模块、传感器和 AWS 云服务的物联网驱动解决方案铺平道路。

资源

了解更多关于 Intel® Edison 技术：https://software.intel.com/en-us/iot/hardware/edison

¹与医疗费用、工人赔偿、生产力损失、保险费增加、行政费用、员工士气低落和旷工增加等相关的直接和间接成本总和。（2014 年 Liberty Mutual 工作场所安全指数）