Der „InnoMake“-Schuh, wie er jetzt schon am Markt erhältlich ist. Künftig sollen an der Schuhspitze neben einem Ultraschallsensor auch noch eine Kamera und ein Prozessor für KI-Algorithmen Platz finden.

Bild: Helmut Lunghammer, TU Graz

KI-Bilderkennungssystem Ultraschall-Schuhe weisen Blinden den Weg

06.05.2021

Seit Kurzem ist der „InnoMake“ als zugelassenes Medizinprodukt am Markt: Es handelt sich dabei um einen Schuh, der mittels eingebauter Sensorik blinde und sehbeeinträchtigte Menschen vor Hindernissen warnt. Die Technologie nutzt Deep-Learning-Algorithmen nach dem Vorbild neuronaler Netze.

Die niederösterreichische Firma Tec-Innovation hat einen intelligenten Schuh zur Erkennung von Hindernissen entwickelt. Er soll die Mobilität von blinden und sehbeeinträchtigten Menschen verbessern und es ihnen erlauben, sich sicher in belebten Umgebungen zu bewegen.

Hindernisse erkennt der Schuh mithilfe von Ultraschallsensoren an der Schuhspitze in bis zu 4 m Entfernung. Der Träger wird daraufhin per Vibration und/oder akustischen Signalen gewarnt. „Das funktioniert sehr gut und ist auch mir persönlich schon eine große Hilfe“, sagt Markus Raffer, einer der Gründer von Tec-Innovation und selbst sehbeeinträchtigt.

Loch, Treppe oder Mauer?

Das Team um Raffer und seinen Gründungspartner Kevin Pajestka hat in der Entwicklungsphase festgestellt, dass zwei weiterführende Informationen extrem wichtig sind: die Art eines Hindernisses sowie dessen Richtungsverlauf, vor allem wenn es abwärts gewandt ist wie Löcher oder Treppen. „Nicht nur die Warnung, dass ich vor einem Hindernis stehe, sondern auch die Information, vor welchem Hindernis ich stehe, ist relevant“, erklärt Raffer. „Denn es macht einen großen Unterschied, ob das eine Mauer, ein Auto oder eine Treppe ist.“

Deshalb holte Tec-Innovation die TU Graz als Kooperationspartner ins Boot. Am dortigen Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen wurde seit 2016 an einer kamerabasierten Ergänzung der ersten Produktversion gearbeitet. Informatiker Friedrich Fraundorfer erklärt: „Wir haben modernste Deep-Learning-Algorithmen nach dem Vorbild neuronaler Netzwerke entwickelt, die nach Erkennung und Interpretation des Bildinhalts im Wesentlichen zwei Dinge können: Sie ermitteln aus Kamerabildern aus der Fußperspektive einen hindernisfreien und damit gefahrlos begehbaren Bereich. Und sie können Objekte erkennen und unterscheiden.“

Die mittels Machine Learning trainierten Algorithmen lassen sich bereits auf einem eigens konzipierten mobilen System betreiben. Und durch leistungsstarke Spezialprozessoren ist jetzt auch eine mobile Verwendung der komplexen KI-Algorithmen möglich. „Das ist der enormen Prozessorentwicklung der vergangenen Jahre zuzuschreiben“, sagt Fraundorfers Kollege David Schinagl.

Navigationskarte für Sehbehinderte

Tec-Innovation arbeitet nun an der Integration des Systems in einen Prototyp. Kamera und Prozessor müssen hierzu robust und komfortabel in den Schuh integriert werden. Währenddessen haben Fraundorfer und sein Team der TU Graz sich schon der nächsten Stufe des Projekts zugewandt: Sie wollen die beim Tragen des Schuhs gesammelten Informationen im Sinne von Schwarmwissen in eine Art Streetview-Navigationskarte für sehbeeinträchtigte Menschen zusammenführen.

„Nach derzeitigem Stand profitiert jeweils nur der Träger oder die Trägerin von den Daten, die der Schuh beim Gehen sammelt“, erklärt Fraundorfer. „Viel nachhaltiger wäre es, wenn man diese Daten auch anderen Menschen als Navigationshilfe zur Verfügung stellen könnte.“ Für die Konzeption und prototypische Umsetzung einer solchen Streetview-Karte für blinde und sehbeeinträchtigte Personen läuft derzeit ein Förderantrag bei der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG.

Diese Art der Navigationsunterstützung liegt aber noch in ferner Zukunft – größte Knackpunkte sind laut Fraundorfer das laufende Aktualisieren und Erweitern der Karte, die Verknüpfung mit bisherigen Daten und die IT-Anbindung des Schuhsystems. Fest steht aber: „Wir werden weiter an dem Thema dranbleiben“, sagt Fraundorfer. „Denn in unserer hochinnovativen Welt muss auch eine Alternative zum über 70 Jahre alten Blindenstock möglich sein.“

Bildergalerie

  • Aufnahme aus der Schuhperspektive: Farblich eingegrenzt ist der gefahrlos begehbare Bereich, den ein Bilderkennungsalgorithmus identifiziert hat.

    Bild: TU Graz

  • Markus Raffer ist Geschäftsführer von Tec-Innovation und weiß den Assistenzschuh als Sehbeeinträchtiger selbst sehr zu schätzen.

    Bild: Helmut Lunghammer, TU Graz

  • Mithilfe des kamerabasierten KI-Bilderkennungsalgorithmus von Friedrich Fraundorfer und seinem Team der TU Graz wird der „InnoMake“-Schuh zum „sehenden“ Schuh weiterentwickelt.

    Bild: Fraundorfer

  • David Schinagl betrachtet vom „InnoMake“-Schuh gemachte Aufnahmen.

    Bild: Helmut Lunghammer, TU Graz

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