TEDYouth 2012
Katherine Kuchenbecker: The technology of touch
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As we move through the world, we have an innate sense of how things feel -- the sensations they produce on our skin and how our bodies orient to them. Can technology leverage this? In this fun, fascinating TED-Ed lesson, learn about the field of haptics, and how it could change everything from the way we shop online to how dentists learn the telltale feel of a cavity.
Katherine Kuchenbecker - Mechanical engineer
Katherine Kuchenbecker works on incorporating the sense of touch directly into virtual objects. Imagine being able to feel textures on your digital screens. Full bio
Katherine Kuchenbecker works on incorporating the sense of touch directly into virtual objects. Imagine being able to feel textures on your digital screens. Full bio
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00:14
I'm a mechanical engineering professor
0
14745
1943
Sou professora de engenharia mecânica
00:16
at the University of Pennsylvania,
1
16712
1645
na Universidade da Pensilvânia
00:18
and my favorite hobby is photography.
2
18381
2959
e o meu passatempo preferido
é a fotografia.
é a fotografia.
00:21
And as I travel around the world,
3
21364
1785
Quando viajo mundo fora,
00:23
I love taking photographs like these,
4
23173
2152
adoro tirar fotografias como estas,
00:25
so I can remember all
the beautiful and interesting things
the beautiful and interesting things
5
25349
2919
para poder recordar todas as coisas
belas e interessantes que vi.
belas e interessantes que vi.
00:28
that I've seen.
6
28292
1278
00:29
But what I can't do is record and share
7
29594
3676
Mas o que eu não consigo
é registar e partilhar
é registar e partilhar
00:33
how these objects feel to touch.
8
33294
3349
a sensação que temos
quando tocamos nestes objetos.
quando tocamos nestes objetos.
00:36
And that's kind of surprising,
9
36667
1540
É uma coisa surpreendente
00:38
because your sense of touch
is really important.
is really important.
10
38231
2265
porque o sentido do tacto
é muito importante
é muito importante
00:40
It's involved in every physical
interaction you do every day,
interaction you do every day,
11
40520
2870
em todas as interações
físicas que fazemos todos os dias,
físicas que fazemos todos os dias,
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
anything you do in the world.
12
43414
2550
todas as tarefas de manipulação,
tudo o que fazemos.
tudo o que fazemos.
O sentido do tacto
é muito interessante.
é muito interessante.
00:45
So the sense of touch
is actually pretty interesting.
is actually pretty interesting.
13
45988
2507
00:48
It has two main components.
14
48519
1642
Tem dois componentes principais.
00:50
The first is tactile sensations,
15
50185
2337
O primeiro são as sensações tácteis,
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
as coisas que sentimos na nossa pele.
00:54
And the second is kinesthetic sensations.
17
54660
2258
O segundo são as sensações cinestésicas.
00:56
This has to do with the position
of your body and how it's moving,
of your body and how it's moving,
18
56942
3190
Isto tem a ver com a posição
do corpo e como nos movimentamos
do corpo e como nos movimentamos
01:00
and the forces you encounter.
19
60156
1571
e as forças que encontramos.
01:01
And you're really good at incorporating
20
61751
1897
Somos muito bons a incorporar
estes dois tipos de sensações
estes dois tipos de sensações
01:03
both of these types of sensations together
21
63672
2206
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
you have with the world
22
65902
2980
para perceber as interações físicas
que temos com o mundo
que temos com o mundo
e perceber, quando tocamos
numa superfície,
numa superfície,
01:08
and understand as you touch a surface:
23
68906
1825
01:10
is it a rock, is it a cat,
is it a bunny, what is it?
is it a bunny, what is it?
24
70755
3039
se é uma rocha, se é um gato,
se é um coelhinho, o que será?
se é um coelhinho, o que será?
01:13
And so, as an engineer,
25
73818
2240
Assim, enquanto engenheira,
01:16
I'm really fascinated
26
76082
1392
sinto-me fascinada
01:17
and I have a lot of respect
for how good people are with their hands.
for how good people are with their hands.
27
77498
3309
e admiro imenso o que as pessoas
fazem com as mãos.
fazem com as mãos.
01:20
And I'm intrigued and curious
28
80831
1902
Sinto-me intrigada e curiosa
01:22
about whether we could
make technology better
make technology better
29
82757
2411
com a possibilidade de criar
melhores tecnologias
melhores tecnologias
01:25
by doing a better job at leveraging
30
85192
1698
fazendo um trabalho melhor
aproveitando a aptidão humana
com o sentido do tacto.
com o sentido do tacto.
01:26
the human capability
with the sense of touch.
with the sense of touch.
31
86914
2122
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
to computers and machines
32
89060
2933
Poderei melhorar as interfaces
com computadores e máquinas
com computadores e máquinas
01:32
by letting you take
advantage of your hands?
advantage of your hands?
33
92017
2573
deixando-vos tirar partido das mãos?
01:34
And indeed, I think we can,
34
94614
1565
Na verdade, penso que sim.
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
of a field called haptics,
35
96203
2592
Isso é a base de uma área
chamada ciência háptica,
chamada ciência háptica,
01:38
and this is the area that I work in.
36
98819
1730
a área em que estou a trabalhar.
01:40
It's all about interactive
touch technology.
touch technology.
37
100573
2345
Trata da tecnologia interativa do tacto.
01:42
And the way it works is,
38
102942
1153
Funciona deste modo:
01:44
as you move your body through the world,
39
104119
2505
quando movimentamos o corpo
no nosso meio ambiente,
no nosso meio ambiente,
01:46
if, as an engineer, I can make a system
that can measure that motion,
that can measure that motion,
40
106648
3284
se eu conseguir criar um sistema
que meça esse movimento
que meça esse movimento
e apresentar sensações
ao longo do tempo
ao longo do tempo
01:49
and then present to you
sensations over time
sensations over time
41
109956
2530
01:52
that kind of make sense,
42
112510
1244
que sejam coincidentes
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
in the real world,
43
113778
2674
com o que vocês sentem
no mundo real,
no mundo real,
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
you're touching something
44
116476
2544
posso levar-vos a crer
que estão a tocar numa coisa
que estão a tocar numa coisa
01:59
even though there's nothing there.
45
119044
1685
apesar de não haver nada ali.
02:00
So here are three examples
46
120753
1616
Temos aqui três exemplos
02:02
and these are all done
from research in my lab at Penn.
from research in my lab at Penn.
47
122393
3110
que provêm da investigação
no meu laboratório na Pensilvânia.
no meu laboratório na Pensilvânia.
02:05
The first one is all about that same
problem that I was showing you:
problem that I was showing you:
48
125527
3257
O primeiro trata do mesmo problema
que vos estava a mostrar.
que vos estava a mostrar.
02:08
how can we capture how objects feel
49
128808
1967
Como captar a forma
como sentimos os objetos
como sentimos os objetos
02:10
and recreate those experiences?
50
130799
1997
e recriar essas experiências?
02:12
So the way we solve this problem
51
132820
1999
Resolvemos este problema
02:14
is by creating a hand-held tool
52
134843
2065
criando um utensílio portátil
02:16
that has many different sensors inside.
53
136932
1872
que tem vários detetores
diferentes lá dentro.
diferentes lá dentro.
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
how hard you're pushing;
54
138828
3352
Tem um sensor de pressão, para
saber a força que usamos.
saber a força que usamos.
02:22
it has motion tracking, so we can tell
exactly where you've moved it;
exactly where you've moved it;
55
142204
3308
Tem um detetor de movimento, para
seguir os nossos movimentos.
seguir os nossos movimentos.
02:25
and it has a vibration sensor,
an accelerometer, inside,
an accelerometer, inside,
56
145536
2690
e tem um sensor de vibrações,
um acelerómetro, lá dentro,
um acelerómetro, lá dentro,
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
back and forth of the tool
57
148250
2442
que deteta o movimento
de um lado para o outro
de um lado para o outro
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
that's a piece of canvas
58
150716
2032
que nos diz que isto é um pedaço de tela
02:32
and not a piece of silk or something else.
59
152772
2022
e não um pedaço de seda
ou outra coisa.
ou outra coisa.
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
from these interactions.
60
154818
2639
Depois vemos o registo
de dados dessas interações.
de dados dessas interações.
02:37
Here's ten seconds of data.
61
157481
1294
Isto são 10 segundos de dados.
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
get larger and smaller,
62
158799
2885
Vemos como as vibrações
ficam maiores e mais pequenas,
ficam maiores e mais pequenas,
02:41
depending on how you move.
63
161708
1476
consoante a forma como nos movemos.
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
model of those relationships
64
163208
2743
Fazemos um modelo matemático
dessas relações
dessas relações
02:45
and program them into a tablet computer
65
165975
2419
e programamo-las num "tablet".
02:48
so that when you take the stylus
66
168418
1564
Assim, quando agarrarmos no estilete
e tocarmos no ecrã,
e tocarmos no ecrã,
02:50
and go and touch the screen,
67
170006
1429
02:51
that voice-coil actuator
in the white bracket
in the white bracket
68
171459
2830
um atuador da bobina acústica
no suporte branco
no suporte branco
02:54
plays vibrations to give you the illusion
69
174313
2267
emite as vibrações que dão a ilusão
02:56
that you're touching the real surface,
70
176604
2030
de estarmos a tocar na superfície real,
02:58
just like if you touched, dragged
back and forth, on the real canvas.
back and forth, on the real canvas.
71
178658
3269
tal como se tocássemos
na tela real, de um lado para o outro.
na tela real, de um lado para o outro.
03:01
We can create very compelling illusions.
72
181951
1941
Podemos criar ilusões fascinantes
03:03
We can do this for all kinds of surfaces
and it's really a lot of fun.
and it's really a lot of fun.
73
183916
3570
para todos os tipos de superfícies
e é muito divertido.
e é muito divertido.
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
haptic photography.
74
187510
3917
Chamamos-lhe uma haptografia
— fotografia háptica.
— fotografia háptica.
03:11
And I think it has potential
benefits in all sorts of areas
benefits in all sorts of areas
75
191451
2780
Tem benefícios potenciais
em todo o tipo de áreas,
em todo o tipo de áreas,
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
maybe interactive museum exhibits,
76
194255
2706
como nas compras "online",
nas exposições interativas de museus,
nas exposições interativas de museus,
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
to touch the precious artifacts,
77
196985
2754
onde não podemos tocar
nos artefactos preciosos,
nos artefactos preciosos,
03:19
but you always want to.
78
199763
1376
mas queremos fazê-lo.
03:21
The second example I want to tell you
about comes from a collaboration I have
about comes from a collaboration I have
79
201163
3678
O segundo exemplo provém
de uma colaboração que tive
de uma colaboração que tive
com a Dra. Margrit Maggio,
da Escola Dentária da Pensilvânia.
da Escola Dentária da Pensilvânia.
03:24
with Dr. Margrit Maggio
at the Penn Dental School.
at the Penn Dental School.
80
204865
2342
03:27
Part of her job is to teach
dental students
dental students
81
207231
2015
Ela ensina os alunos a saber
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
there are cavities.
82
209270
2782
onde há cáries
na boca de um paciente.
na boca de um paciente.
03:32
Of course they look at X-rays,
83
212076
1521
Claro que eles fazem radiografias
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
comes from what they feel
84
213621
3250
mas uma boa parte da avaliação clínica
provém do que eles sentem
provém do que eles sentem
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
with a dental explorer.
85
216895
2366
quando tocam nos dentes
com um explorador dental.
com um explorador dental.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
they go across.
86
219285
2008
Já viram isso acontecer.
03:41
What they're feeling for is if the tooth
is really hard, then it's healthy,
is really hard, then it's healthy,
87
221317
3543
O que eles sentem é que,
se o dente está bem rijo, está são,
se o dente está bem rijo, está são,
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
88
224884
1746
mas se está mole e pegajoso
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
is starting to decay.
89
226654
2504
é sinal que o esmalte
começa a degradar-se.
começa a degradar-se.
03:49
These types of judgments are hard
for a new dental student to make,
for a new dental student to make,
90
229182
3221
Estas avaliações são difíceis de fazer
para um novo aluno,
para um novo aluno,
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
a lot of teeth yet.
91
232427
2258
porque ainda não tocaram em muitos dentes.
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
before they start practicing
92
234709
2838
Queremos que eles aprendam
antes de começarem a praticar
antes de começarem a praticar
03:57
on real human patients.
93
237571
1160
em pacientes humanos reais.
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
on to the dental explorer,
94
238755
4286
Então, adicionamos um acelerómetro
ao explorador dental
ao explorador dental
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
95
243065
1933
e registamos o que a Dra. Maggio sente
04:05
as she touches different extracted teeth.
96
245022
2170
quando toca em diferentes
dentes arrancados.
dentes arrancados.
04:07
And we can play it back for you as a video
97
247216
2763
Podemos passar um vídeo
04:10
with a touch track --
98
250003
1653
com uma banda táctil
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
but also a touch track,
99
251680
2219
— não só uma banda sonora
mas uma banda táctil.
mas uma banda táctil.
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
that repeating tool.
100
253923
2326
Com aquele utensílio de repetição
04:16
You feel the same things the dentist
felt when they did the recording,
felt when they did the recording,
101
256273
3293
sentimos o mesmo que a dentista
sentiu, quando fez a gravação
sentiu, quando fez a gravação
04:19
and practice making judgments.
102
259590
1441
e praticamos o diagnóstico.
04:21
So here's a sample one.
103
261055
1162
Isto é uma amostra.
04:22
Here's a tooth that looks
kind of suspicious, right?
kind of suspicious, right?
104
262241
2489
É um dente que parece
bastante suspeito, não é?
bastante suspeito, não é?
04:24
It has all those brown stains.
105
264754
2524
Tem estas manchas castanhas.
04:27
You might be thinking, "We should
definitely put a filling in this tooth."
definitely put a filling in this tooth."
106
267302
3483
Devem pensar:
"Temos que chumbar este dente".
"Temos que chumbar este dente".
04:30
But if you pay attention to how it feels,
107
270809
1960
Mas se prestarem atenção ao seu toque,
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
are hard and healthy,
108
272793
2634
todas as superfícies do dente
estão rijas e saudáveis,
estão rijas e saudáveis,
04:35
so this patient does not need a filling.
109
275451
2259
portanto o dente não precisa de chumbo.
04:37
And these are exactly the kind
of judgments doctors make every day
of judgments doctors make every day
110
277734
3123
É este o tipo de diagnóstico
que os médicos fazem todos os dias
que os médicos fazem todos os dias
04:40
and I think this technology
we've invented has a lot of potential
we've invented has a lot of potential
111
280881
3072
e penso que esta tecnologia
que inventámos tem muito potencial
que inventámos tem muito potencial
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
training, because it's really simple
112
283977
3451
para a formação médica,
porque é muito simples
porque é muito simples
04:47
and it does a great job at recreating
what people feel through tools.
what people feel through tools.
113
287452
3546
e recria o que as pessoas sentem,
através de utensílios.
através de utensílios.
04:51
I think it could also help make games
more interactive and fun
more interactive and fun
114
291022
3020
Penso que pode ajudar a fazer jogos
mais interativos e divertidos
mais interativos e divertidos
04:54
and more realistic
in the sensations that you feel.
in the sensations that you feel.
115
294066
2577
e mais realistas, nas sensações
que experimentamos.
que experimentamos.
04:56
The last example I want to tell you about
is again about human movement.
is again about human movement.
116
296667
3629
O último exemplo que quero dar
é sobre o movimento humano.
é sobre o movimento humano.
05:00
So if any of you have ever learned sports,
117
300320
2000
Se algum de vocês já praticou desporto,
05:02
how do you get good
at something like surfing?
at something like surfing?
118
302344
2263
como melhoramos
numa coisa como o "surf"?
numa coisa como o "surf"?
05:04
You practice.
119
304631
1151
Praticamos.
05:05
You practice some more and more, right?
120
305806
1862
Praticamos cada vez mais, não é?
05:07
Making small corrections,
maybe getting some input from a coach,
maybe getting some input from a coach,
121
307692
3069
Fazendo pequenas correções,
recebendo instruções de um treinador,
recebendo instruções de um treinador,
05:10
learning how to improve your motions.
122
310785
1776
aprendendo a melhorar os movimentos.
05:12
I think we could use computers
123
312585
1462
Podemos usar computadores
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
more efficient and more fun.
124
314071
2596
para este processo
ser mais eficaz e mais divertido.
ser mais eficaz e mais divertido.
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
if I have six different arm movements
125
316691
2960
Por exemplo, se eu tiver
seis movimentos diferentes dos braços
seis movimentos diferentes dos braços
05:19
that I want you to learn,
126
319675
1196
que quero que vocês aprendam,
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
and try out our system.
127
320895
3376
vocês vão ao meu laboratório
na Pensilvânia e usam o nosso sistema.
na Pensilvânia e usam o nosso sistema.
05:24
We use a Kinect to measure your motions,
we show graphics on the screen,
we show graphics on the screen,
128
324295
3459
Temos um Kinect para medir os movimentos,
mostramos gráficos no ecrã,
mostramos gráficos no ecrã,
05:27
and then we also give you touch cues,
129
327778
2093
e depois damos-vos pistas de toque,
05:29
haptic feedback on your arm,
130
329895
1588
um "feedback" háptico do braço,
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
which have motors inside,
131
331507
3360
realizado por estas bandas hápticas
de braços que têm motores no interior
de braços que têm motores no interior
05:34
and guide you as you move.
132
334891
1571
e vos guiarão enquanto se movem.
05:36
So, if we put it together,
133
336486
1266
Se pusermos tudo junto,
05:37
as you're trying to track this motion,
134
337776
2325
enquanto estão a tentar
seguir este movimento,
seguir este movimento,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
your arm is a little too high --
135
340125
3164
se vocês se desviam — por exemplo,
o braço está demasiado alto —
o braço está demasiado alto —
05:43
we turn on the motors
right there on the skin
right there on the skin
136
343313
2109
ligamos os motores aqui mesmo na pele
05:45
to let you know you should move down,
137
345446
1771
para vocês saberem que têm que o baixar,
05:47
almost like a coach gently guiding you
138
347241
1862
como um treinador que vos guia
05:49
and helping you master
these movements more quickly
these movements more quickly
139
349127
2891
e vos ajuda a dominar
esses movimentos mais rapidamente
esses movimentos mais rapidamente
05:52
and make more precise corrections.
140
352042
1849
e a fazer correções mais precisas.
05:53
We developed this system
for use in stroke rehabilitation,
for use in stroke rehabilitation,
141
353915
2762
Desenvolvemos este sistema
para uso em reabilitações de AVC
para uso em reabilitações de AVC
05:56
but I think there are a lot
of applications,
of applications,
142
356701
2304
mas penso que tem muitas aplicações
como no treino de dança,
ou em todo o tipo de desportos.
ou em todo o tipo de desportos.
05:59
like maybe dance training
or all sorts of sports training as well.
or all sorts of sports training as well.
143
359029
4210
06:03
So now you know a little bit
about the field of haptics,
about the field of haptics,
144
363263
2716
Ficaram a saber alguma coisa
sobre a área da háptica
sobre a área da háptica
06:06
which I think you'll hear more
about in the coming years.
about in the coming years.
145
366003
2702
e penso que irão ouvir falar dela
nos próximos anos.
nos próximos anos.
Mostrei-vos três exemplos.
06:08
I've shown you three examples.
146
368729
1430
06:10
I just want to take a moment
147
370183
1351
Quero aproveitar o momento
06:11
to acknowledge the great students
who work with me in my lab at Penn
who work with me in my lab at Penn
148
371558
3208
para agradecer aos ótimos alunos
e colaboradores
e colaboradores
que trabalham comigo
no laboratório da Pensilvânia
no laboratório da Pensilvânia
06:14
and my collaborators.
149
374790
1151
06:15
They're a great group.
150
375965
1157
São um grupo fantástico.
06:17
I also want to thank you
for your kind attention.
for your kind attention.
151
377146
2898
Também quero agradecer
a vossa simpática atenção.
a vossa simpática atenção.
06:20
(Applause)
152
380068
3002
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Katherine Kuchenbecker - Mechanical engineerKatherine Kuchenbecker works on incorporating the sense of touch directly into virtual objects. Imagine being able to feel textures on your digital screens.
Why you should listen
Could technology be more touchy feely? Mechanical engineer Katherine Kuchenbecker answers this question with a resounding ‘yes.’ Kuchenbecker researches the design, control and performance of robotic systems that enable a user to touch virtual objects and distant environments as though they were real and within reach. These interfaces combine electromechanical sensors, actuators and computer control, allowing for technology that can fool the human sense of touch, otherwise known as ‘haptics.’
Imagine a tablet computer that lets you feel fabrics and textures, robotic surgical tools that let doctors use their incredibly well-honed sense of touch, video games that allow you to feel hits and computer programs that teach you the movements of a sport. By researching these areas -- as well as applications in stroke rehabilitation and assistance for the blind -- Kuchenbecker seeks to improve our understanding of touch and uncover new opportunities to use it in interactions between humans, computers and machines.
An assistant professor at the University of Pennsylvania, Kuchenbecker has been named to the Popular Science Brilliant 10. She is also an avid photographer, and played volleyball at Stanford for two seasons.
Katherine Kuchenbecker | Speaker | TED.com