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Technik

Der Schuh kann sehen, was der Mensch nicht sieht

Die Ultraschallsensoren gibt es bereits, Kameras können mehr.
Die Ultraschallsensoren gibt es bereits, Kameras können mehr.© Helmut Lunghammer
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Grazer Forscher entwickeln ein Kamerasystem für Schuhe, das sehbeeinträchtigten Personen einen Weg ohne Hindernisse vorgibt: Basierend auf Künstlicher Intelligenz warnt es, bevor der sichere Bereich verlassen wird.

Vor 90 Jahren war der Blindenstock die technische Innovation für sehbeeinträchtigte Menschen. 2016 entwickelte das Wiener Unternehmen TecInnovation etwas Neues, damit Blinde sicherer durch den Alltag kommen: einen Ultraschallsensor, auf die Schuhspitze montiert. Er misst die Distanz zu Hindernissen und warnt per Vibration und Ton vor Kollisionen. InnoMake heißt das System, das seither regelmäßig Preise für Barrierefreiheit gewinnt und 2020 für den Staatspreis Patent nominiert war.

Die Technik mit Ultraschall hat aber Einschränkungen: Die Sensoren erfassen nur einen engen Bereich in einer Richtung. Der vorausblickende Schuh kann Hindernisse außerhalb des Sensorenwinkels nicht erkennen. Eine große Stolperfalle sind außerdem Gehsteigkanten und Stufen, die hinab führen: Sie werden vom Ultraschall nicht als Hindernis erfasst, aber gefährden den Weg der sehbeeinträchtigten Menschen. „Und eine einfache Distanzmessung sagt nicht aus, welche Art von Hindernis kommt: Bewegt es sich wie ein Fußgänger oder Auto, ist es eine Hauswand oder ein Pfosten?“, sagt Friedrich Fraundorfer vom Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen der TU Graz.
Im Team mit David Schinagl bringt er den Schuhen das Sehen bei. Die Weiterentwicklung setzt auf Kameras, die mehr Informationen als Ultraschall liefern. „Die Herausforderung war, die wichtigen Inhalte aus den Bildern herauszurechnen“, so Fraundorfer. Sehende Menschen können zwar aus Kamerabildern leicht Hürden und Fallen erkennen: Aber wie setzt man das so um, dass Nichtsehende automatisch gewarnt werden?

Das Team der TU Graz stellt hierfür nicht die Gefahren in den Vordergrund, sondern den sicheren Bereich. „Ein Mensch tut sich sehr leicht, in einem Bild den Bereich einzuzeichnen, auf dem man ungestört gehen kann. Wir haben das mit Künstlicher Intelligenz technisch umgesetzt“, sagt Fraundorfer. Über 1400 Fotos von Situationen auf Fußgängerwegen in Stadt und Land, aus der Perspektive der Schuhe, waren die Basis für neue Algorithmen, die in Mikroprozessoren nun berechnen, ob und wo der Weg vor der Kamera frei und sicher ist.

Kollisionen früh vermeiden

„Vor zehn Jahren wäre diese Entwicklung nicht möglich gewesen, aber heute funktioniert das mit künstlichen neuronalen Netzen und maschinellem Lernen“, erklärt Fraundorfer. Das System berechnet für alle möglichen Szenarien den sicheren Bereich, der sich vor dem Gehenden auftut: Ob das ein Abstand von ein, zwei oder mehr Metern zu Hindernissen ist, kann individuell angepasst werden. „Sobald der begehbare Bereich eingeschränkt wird, gibt es eine Warnung. Und zwar so früh, dass es zu keinen gefährlichen Situationen kommt. Wichtig ist, dass Kollisionen vermieden werden“, sagt Fraundorfer.

In einem neuen Projekt, finanziert von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG, wollen die TU-Forscher ein Kartensystem schaffen, das wie ein Navi für Sehbeeinträchtigte funktioniert. Verbindet man die Daten aller genutzten „sehenden Schuhe“ mit bereits vorhandenem Kartenmaterial, so profitiert nicht nur der Träger der Schuhe, sondern ein breiterer Kreis. „Wenn Sie auf einen Platz kommen, sieht der Schuh nur den aktuellen Bereich vor sich, aber durch den Routenplaner kann ein sicherer Weg weiter voraus gezeichnet werden.“