Ein Einkaufswagen, der den Weg kennt

Wie können sehbehinderte und blinde Menschen selbstständig im Supermarkt einkaufen? Die Antwort liefert VIRAS – ein autonomer Einkaufswagen, der an der Fachhochschule OST in Rapperswil entwickelt wurde. VIRAS steht für Visually Impaired Robot-Assisted Shopping und begleitet Nutzerinnen und Nutzer durch den gesamten Einkaufsprozess: von der digitalen Einkaufsliste über die Navigation im Laden bis hin zum selbstständigen Bezahlen. Dank intelligenter Sensorik, Motorisierung und präziser Steuerung – unterstützt durch Faulhaber-Technologie – erkennt der Wagen Regale, weicht Hindernissen aus und ermöglicht so ein barrierefreies Einkaufserlebnis. Ziel des Projekts ist es, die Lebensqualität von sehbehinderten und älteren Menschen nachhaltig zu verbessern und ihre gesellschaftliche Teilhabe zu fördern. 

Chantal Keller ist Entwicklungsingenieurin im Team von Prof. Dario Schafroth am Institut für Laborautomation und Mechatronik der Fachhochschule OST. Als Projektleiterin von VIRAS betont sie das große Potenzial und die gesellschaftliche Relevanz des smarten Einkaufswagens für Gleichstellung und Integration: „Das Projekt ermöglicht blinden und sehbehinderten Personen erstmals ein vollständig selbstbestimmtes Einkaufserlebnis und schließt damit eine zentrale Lücke in der barrierefreien Versorgung. Im Zentrum steht ein konsequent nutzerzentrierter Entwicklungsansatz. Mit einer Akzeptanzrate von nahezu 90 % unter den Befragten zeigt VIRAS das hohe Potenzial assistiver Technologien, die Autonomie, Lebensqualität und gesellschaftliche Teilhabe nachhaltig fördern.“ 

So funktioniert der smarte Einkaufswagen VIRAS 

Der smarte Einkaufswagen VIRAS kombiniert modernste Sensorik und intelligente Software, um blinden Menschen ein sicheres und selbstbestimmtes Einkaufserlebnis zu ermöglichen. Der gesamte Prozess startet bereits mit der Einkaufsliste. Diese wird als erstes in die begleitende VIRAS-App übertragen – entweder durch manuelle Eingabe oder per Barcodescanner direkt von Verpackungen oder Haushaltsvorräten. Danach startet die autonome Navigation: Der Einkaufswagen lokalisiert sich präzise innerhalb der Supermarktumgebung und plant in Echtzeit effiziente, kollisionsfreie Routen zu den gewünschten Produkten. Dies geschieht mit Hilfe eines Kamerasystems zur Umgebungswahrnehmung sowie leistungsfähiger Module zur Datenverarbeitung. So kann die Position des Wagens kontinuierlich angepasst und auf das aktuelle Umfeld reagiert werden. 

Am Regal angekommen, aktiviert VIRAS die Produkterkennung. Zwei seitlich montierte, schwenkbare Kameras erfassen die Situation aus unterschiedlichen Perspektiven. Ein KI-gestütztes Bildanalysemodul identifiziert das gesuchte Produkt anhand visueller Merkmale und gibt dessen genaue Position akustisch aus. Parallel dazu verfolgt ein Handtracking-Modul die Bewegungen der Nutzerin oder des Nutzers. Über akustische Hinweise und haptisches Feedback wird die Hand präzise zum gewünschten Artikel geführt, bis das Produkt korrekt gegriffen wurde. Nach dem Ablegen im Wagen bestätigt das System den erfolgreichen Vorgang durch ein akustisches Signal. Die Sprachsteuerung und das intuitive Feedback machen die Interaktion einfach und barrierefrei. Sind alle Artikel von der Einkaufsliste eingesammelt, führt die Navigation die Nutzerin oder den Nutzer zur Kasse. Auf diese Weise entsteht ein Einkaufsprozess, der technologische Präzision mit praktischer Alltagstauglichkeit verbindet. 

So fährt VIRAS geschmeidig und ruckfrei 

Eine der größten technischen Herausforderungen im Projekt VIRAS bestand darin, eine präzise Lokalisierung und ein zuverlässiges 3D-Mapping in hochdynamischen, oft überfüllten Supermarktumgebungen zu realisieren – und das ohne externe Infrastruktur. Ein weiteres wichtiges Feature für den Einkaufswagen: Dass er Ausweichmanöver gegenüber Personen oder beweglichen Objekten in engen, sich ständig verändernden Regalgängen sicher ausführen kann. Um diese Anforderungen unter realen Einsatzbedingungen zu erfüllen, war eine robuste und leistungsfähige Hardware unabdingbar. Faulhaber leistete dafür die entsprechende Unterstützung: Mit den beiden bürstenlosen DC-Flachmotoren aus der Familie BXT H inklusive Getriebe sowie dem Motion Controller MC 5005 S wurde der Antrieb für den smarten Einkaufswagen realisiert. Sämtliche Betriebs- und Lastszenarien – vom voll beladenen Wagen bis hin zu den Anforderungen an Energieeffizienz und Geräuschemissionen – wurden für die optimale Motorisierung berücksichtigt. 

Besonderes Augenmerk lag auf der Entwicklung von Motoren, die bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Anlauf- und Haltemoment erzeugen. Dadurch kann der Einkaufswagen auch im voll beladenen Zustand zuverlässig auf dem vorgegebenen Weg gehalten werden, während gleichzeitig sanfte Beschleunigungs- und Bremsvorgänge ermöglicht werden. Ebenso wichtig war die geräuscharme Ausführung der Antriebe: Sie gewährleistet, dass Nutzerinnen und Nutzer ihr Umfeld ohne zusätzlichen Lärm klar wahrnehmen können. 

Der Einkaufswagen im Praxistest 

Chantal Keller erläutert das Vorgehen bei der Entwicklung und Testung von VIRAS: „Die Zielgruppe wird aktiv in alle Projektphasen eingebunden, wodurch eine bedarfsgerechte Lösung entsteht. Anstelle passiver Hilfsmittel kommt ein intelligentes, physisch unterstützendes System zum Einsatz, das nicht für Menschen mit Behinderung handelt, sondern ihnen gezielte Assistenz zur eigenständigen Bewältigung ihres Alltags bietet.“ 

Die Feldtests mit dem smarten Einkaufswagen VIRAS lieferten wertvolle Erkenntnisse über seine Alltagstauglichkeit. Besonders positiv fiel auf, dass der Wagen auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten ein konstantes Drehmoment bereitstellen konnte. Dadurch war es den sehbehinderten Testpersonen jederzeit möglich, dem Wagen sicher zu folgen. Die Antriebsmotoren reagierten unmittelbar auf Eingaben über das Daumengas und stoppten exakt am vorgesehenen Zielpunkt vor dem Regal. Ebenso überzeugte die integrierte 4-Quadranten-Regelung, die einen sanften Übergang zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt erlaubt. Potenzielle Kollisionen werden so vermieden. 

Von den Testpersonen wurde außerdem die geringe Geräuschentwicklung der Antriebseinheiten hervorgehoben. Dank der leisen Motoren blieben sowohl akustische Systemansagen als auch Umgebungsgeräusche im Supermarkt klar wahrnehmbar. Die Testpersonen berichteten, dass sie sich zu jeder Zeit sicher geführt fühlten und ihre volle Aufmerksamkeit dem eigentlichen Einkaufsprozess widmen konnten. 

Noch mehr Möglichkeiten für die Zukunft 

Die gewonnenen Erfahrungen eröffnen vielfältige Perspektiven für die Weiterentwicklung von VIRAS. Als modulare Plattform konzipiert, lässt sich das System flexibel auf andere Handelssegmente wie Möbelhäuser, Baumärkte, Bekleidungsgeschäfte oder Heimtierbedarf übertragen. Darüber hinaus bietet die geplante Self-Checkout-Funktion einen Mehrwert. 

Auch jenseits des klassischen Einzelhandels ergeben sich spannende Einsatzgebiete: In Museen oder Ausstellungen könnte VIRAS als mobiles Führungsgerät eingesetzt werden und durch multimodale Interaktion das Besuchserlebnis blinder und sehbehinderter Gäste bereichern. Parallel dazu eröffnet das Konzept neue Möglichkeiten für weitere Zielgruppen. Rollstuhlfahrende oder ältere Menschen mit Gehbehinderungen könnten von individuell angepasster Hardware wie variabler Griffhöhe, integrierten Sitz- und Steuerelementen sowie verstärktem taktilen Feedback profitieren. Erste Umfragen hierzu laufen bereits am Institut für Altersforschung der OST. Für Menschen mit kognitiven Einschränkungen bietet VIRAS zudem klare Routenvorgaben und sprachgeführte Erinnerungen – etwa für wiederkehrende Einkaufslisten. 

Nicht zuletzt können auch Mitarbeitende von Einzelhändlern profitieren: Über den digitalen Zwilling und eine Echtzeit-Bestandskontrolle lässt sich VIRAS in logistische Prozesse einbinden. Der Wagen könnte beim Auffüllen von Regalen unterstützen, indem er automatisch leere Stellen erkennt und Bestandsdaten erfasst. Damit erweitert sich der Nutzen von VIRAS über die reine Einkaufsassistenz hinaus zu einem umfassenden Tool für Kundinnen, Kunden und Handel gleichermaßen. 

Autonomes Einkaufen als Schlüssel zu mehr Selbstständigkeit 

Mit VIRAS zeigt die Fachhochschule OST eindrucksvoll, wie Innovation und Antriebstechnik den Alltag inklusiver gestalten können. Der autonome Einkaufswagen eröffnet sehbehinderten und blinden Menschen die Möglichkeit, ihren Einkauf selbstständig zu erledigen – von der digitalen Liste über die sichere Navigation bis hin zum Bezahlen. Intelligente Sensorik, präzise Motorsteuerung und zuverlässige Antriebssysteme von Faulhaber bilden dabei das technologische Fundament. Doch VIRAS ist mehr als ein technisches Hilfsmittel: Das Projekt verfolgt das Ziel, die Lebensqualität zu steigern, Barrieren abzubauen und die gesellschaftliche Teilhabe von Menschen mit Einschränkungen nachhaltig zu fördern. Damit weist VIRAS den Weg in eine Zukunft, in der Selbstständigkeit und Inklusion selbstverständlich werden.