Sicher zu Fuß ohne Verletzungen

Tec-Innovation hat bereits den InnoMake Schuh mit intelligenter Hinderniserkennung zur Verbesserung des Lebensalltags von sehbeeinträchtigten und blinden Menschen entwickelt und jahrelang erprobt. Die Ultra­schallsensorik kann schon sehr viel, mit Ra­dar ist aber noch einiges mehr an Sicherheit und Komfort für den Träger möglich. Denn bei gewissen Umgebungsbedingungen stößt Ultraschall an seine physikalischen Grenzen. Speziell beim Erkennen von Stan­gen oder Bäumen ist Radar eine Alternative. Besonders runde Objekte oder Objekte mit kleinen Strukturen wie ein Maschendraht­zaun erkennt Ultraschall schwerer.

Radar im Schuh

Nun wollten das Linzer Entwicklungszentrum der Infineon Technologies Austria, das Institut für Signalverarbeitung der Johannes Kepler Universität Linz, die Netwiss aus Wien und die Tec-Innovation aus Niederösterreich heraus­finden, ob sich Radartechnologie besser zur Erkennung bodennaher Hindernisse eignet. Die Projektpartner untersuchten die 60-GHz-Radarsensorik von Infineon und verglichen sie mit der Ultraschallsensorik von Tec-Innovation. Dafür wurde der Radarsensor in ein Gehäuse am Schuh eingepasst. Gleichzeitig erprobte das Forschungsteam, welche Kunststoffe geeignet und für die Radarsignale durchlässig sind. Um diese Störungen durch Interferenzen zu unter­drücken, entwickelte die Projektgruppe einen Metalltrichter. Tests sowohl im Labor als auch in realen Szenarien zeigten, dass der Radarsensor gleichwertige oder bessere Ergebnisse liefert. Die Algorithmen für die Tests entwickelte das Institut für Signalverarbeitung der JKU.

Schmutz als Problem

Auch das Material und die Oberflächenbe­schaffenheit von Hindernissen spielen eine Rolle. Trockenes Papier und Plexiglas re­flektieren Radarwellen beispielsweise weniger stark als Ultraschall. Schmutz oder Schaum können auch Ultraschallreflektionen beein­trächtigen. Schmutz oder Wasser direkt vor den Sensoren schwächen die ausgesandten und empfangenen Signale sowohl bei Radar- als auch bei Ultraschallsensoren. Radarsenso­ren sind zwar relativ unempfindlich gegenüber Schmutz und ähnlichen Umwelteinflüssen, nasser Schmutz verschlechtert aber die emp­fangenen Radarsignale. Bei Ultraschallsenso­ren verursacht jede Form von Verunreinigung eine schlechtere Qualität der Messung.

Klein und effizient

Im Vergleich zu den bisher eingesetzten Ul­traschallsensoren sind die Radarsensoren kleiner, brauchen weniger Strom und können mehrere Objekte gleichzeitig erfassen. Das liegt an den von Infineon entwickelten Sen­soren, die gleichzeitig Abstand und Winkel – horizontal und vertikal – messen können. Radarsensoren sind grundsätzlich zwar an­fällig für Interferenzen, also Störungen durch andere Signalquellen, doch mit Algorithmen und weiteren Methoden ist dem Projektteam beim InnoMake Schuh ein reibungsloser Be­trieb auf engem Raum gelungen.

Weitere Forschung erforderlich

Allerdings ist die Signalverarbeitung deut­lich aufwendiger. Der Algorithmus braucht einen Schwellenwert, der nicht nur die Er­kennungswahrscheinlichkeit maximiert, sondern auch die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms minimiert. Die in diesem Projekt entwickelten Algorithmen sind der­zeit noch zu rechenintensiv für den Einsatz am Schuh. Eine deutliche Reduktion des Rechenaufwands bedarf einer weiteren For­schung. Ebenso braucht es noch eine geeig­nete Mensch-Maschine-Schnittstelle. Da der InnoMake Schuh für sehbeeinträchtigte Menschen entwickelt wurde, muss dies ohne Visualisierung funktionieren. Die For­scher wollen hier auf der bereits existieren­den App von Tec-Innovation aufbauen.

Radar- und ultraschallbasierte Tech­nologie zur Hinderniserkennung im bodennahen Bereich

Projektpartner:

• Infineon Technologies Austria AG Development Center Linz
• Netwiss OG, Wien
• Johannes Kepler Universität Linz
• Tec-Innovation GmbH, Hautzendorf