$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Internet rzeczy (IoT) umożliwił integrację sensoryki, obliczeń i sterowania z otoczeniem fizycznym, wspierając adaptacyjne systemy zdolne do interakcji z uwzględnieniem kontekstu i podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym1,2,3 W ramach tego paradygmatu, inteligentne systemy meblowe zawierają czujniki ciśnienia, jednostki pomiaru bezwładności, monitory środowiskowe, mikrokontrolery, bezprzewodowe moduły komunikacyjne i algorytmy sztucznej inteligencji, aby monitorować postawę, warunki środowiskowe i wzorce interakcji4. W przeciwieństwie do konwencjonalnego sprzętu ergonomicznego, systemy te mają na celu umożliwienie ciągłej personalizacji poprzez modelowanie zachowań oparte na danych i mechanizmy adaptacyjnej opinii zwrotnej5,6.
Rosnące zainteresowanie modelami pracy hybrydowej, siedzącym trybowi życia i starzejącymi się populacjami zwiększyło zainteresowanie badaniami ergonomicznie responsywnych mebli, które mogą wspierać komfort, produktywność i monitorowanie zdrowia7,8,9,10. Platformy inteligentnych mebli były badane w kontekście mieszkaniowym, biurowym, opieki zdrowotnej i edukacyjnym, gdzie wbudowana inteligencja pozwala meblom funkcjonować jako interaktywny interfejs między użytkownikami a ich otoczeniem11,12. Ostatnie badania dotyczyły uczenia się wzmacniającego i uczenia się zdecentralizowanego w celu adaptacyjnej personalizacji w systemach rozproszonych13,14,15. Metody uczenia się wzmacniającego zachowujące prywatność dla aplikacji włączonych przez IoT wskazały na kompromis między adaptacyjnością a ochroną danych13. Ramy uczenia się zdecentralizowanego w komputerach brzegowych rozwiązały wyzwania związane z efektywnością komunikacji i zdecentralizowaną optymalizacją14. Głębokie uczenie się wzmacniające wykazało skuteczność w cyfrowych usługach personalizacji15. Jednak większość wcześniejszych prac koncentrowała się na wirtualnych platformach usługowych, a nie na wcielonych systemach fizycznych, takich jak inteligentne meble16.
Fizyczne środowiska inteligentnych mebli wprowadzają dodatkowe ograniczenia, w tym dynamikę aktuatorów, wymagania dotyczące bezpieczeństwa mechanicznego, ograniczenia zużycia energii, szum czujników, ograniczenia opóźnienia i złożoność interakcji wielu użytkowników17. Na przykład inteligentne krzesła monitorujące postawę i inteligentne łóżka śledzące sen muszą integrować sensorykę biomechaniczną z mechanizmami koordynacji środowiskowej, takimi jak systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC)18. Personalizacja w tych kontekstach wymaga zatem dynamicznego modelowania fizjologicznych, behawioralnych i środowiskowych sygnałów, a nie statycznego mapowania preferencji19,20.
Wbudowane sensory IoT zintegrowane ze składowymi konstrukcyjnymi, takimi jak poduszki na siedziska, podłokietniki, oparcie i blaty stołowe, mogą rejestrować wielowymiarowe dane szeregowe czasowe, w tym ruch (przyspieszeniomierze, żyroskopy), dystrybucję ciśnienia, pomiary termiczne, kontekst akustyczny i wskaźniki fizjologiczne, takie jak aktywność elektrodermalna (EDA) i zmienność rytmu serca21,22. Wbudowane czujniki działają zgodnie z niskoenergetycznymi standardami bezpieczeństwa konsumentów i emitują tylko nieznaczną niejonizującą radiację elektromagnetyczną. Ich poziomy ekspozycji pozostają znacznie poniżej międzynarodowych progów bezpieczeństwa. Surowe sygnały czujników są zazwyczaj wielowymiarowe, hałaśliwe i zależne od kontekstu23, co wymaga strukturalnego przetwarzania sygnałów, ekstrakcji cech i fuzji czujników w celu zbudowania wiarygodnych reprezentacji stanu użytkownika24.
Metody uczenia się maszynowego, w tym nadzorowana klasyfikacja, nienadzorowana klasteryzacja i głębokie sieci neuronowe, zostały zastosowane do modelowania zachowań w inteligentnych środowiskach25,26. Sieci neuronowe recurrent (RNN) i konwolucyjne (CNN) rejestrują zależności czasowe w ruchu użytkowników, podczas gdy podejścia klasteryzacyjne dzielą użytkowników na grupy behawioralne26. Chociaż techniki te poprawiają rozpoznawanie wzorców, nie optymalizują one z natury sekwencyjnych decyzji kontrolnych w warunkach niepewności. Strategie kontroli oparte na regułach, powszechnie wdrażane w systemach ergonomicznych, mapują progi czujników na wstępnie zdefiniowane akcje, ale nie mają zdolności adaptacyjnego uczenia się27. W rezultacie statyczne mapowanie może nie być w stanie dostosować się do ewoluujących preferencji i zmienności kontekstowej na przestrzeni czasu