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
Soy profesora de Ingeniería Mecánica
en la Universidad de Pensilvania
00:16
at the University of Pennsylvania,
1
16712
1645
y mi pasatiempo favorito
es la fotografía.
es la fotografía.
00:18
and my favorite hobby is photography.
2
18381
2959
Mientras viajo por el mundo
00:21
And as I travel around the world,
3
21364
1785
me gusta tomar fotos como estas
00:23
I love taking photographs like these,
4
23173
2152
00:25
so I can remember all
the beautiful and interesting things
the beautiful and interesting things
5
25349
2919
que me permiten recordar
todas las cosas bellas
todas las cosas bellas
e interesantes que he visto.
00:28
that I've seen.
6
28292
1278
Pero hay algo que no puedo hacer:
no puedo recordar y compartir
no puedo recordar y compartir
00:29
But what I can't do is record and share
7
29594
3676
la sensación de estos objetos al tacto.
00:33
how these objects feel to touch.
8
33294
3349
Y esto es más bien sorprendente
00:36
And that's kind of surprising,
9
36667
1540
porque el sentido del tacto
es muy importante.
es muy importante.
00:38
because your sense of touch
is really important.
is really important.
10
38231
2265
Es un sentido involucrado en toda
interacción física cotidiana,
interacción física cotidiana,
00:40
It's involved in every physical
interaction you do every day,
interaction you do every day,
11
40520
2870
en toda tarea de manipulación,
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
anything you do in the world.
12
43414
2550
en todo lo que hacemos en el mundo.
Y es un sentido bastante interesante.
00:45
So the sense of touch
is actually pretty interesting.
is actually pretty interesting.
13
45988
2507
Tiene dos componentes principales.
00:48
It has two main components.
14
48519
1642
00:50
The first is tactile sensations,
15
50185
2337
El primero son las sensaciones táctiles,
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
cosas que uno siente en la piel.
Y el segundo son
las sensaciones quinestésicas,
las sensaciones quinestésicas,
00:54
And the second is kinesthetic sensations.
17
54660
2258
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
algo que tiene que ver
con la posición del cuerpo,
con la posición del cuerpo,
la forma en que se mueve
01:00
and the forces you encounter.
19
60156
1571
y las fuerzas que encuentra.
Somos muy buenos para combinar
01:01
And you're really good at incorporating
20
61751
1897
los dos tipos de sensaciones,
01:03
both of these types of sensations together
21
63672
2206
para entender las interacciones físicas
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
you have with the world
22
65902
2980
que tenemos con el mundo
y para determinar cuándo
se toca una superficie.
se toca una superficie.
01:08
and understand as you touch a surface:
23
68906
1825
¿Es una roca, un gato,
un conejo, o qué es?
un conejo, o qué es?
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
01:13
And so, as an engineer,
25
73818
2240
Y, como ingeniera, estoy fascinada
01:16
I'm really fascinated
26
76082
1392
y le tengo mucho respeto
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
a la forma en que la gente
se desenvuelve con sus manos.
se desenvuelve con sus manos.
Siento curiosidad y me intriga
01:20
And I'm intrigued and curious
28
80831
1902
01:22
about whether we could
make technology better
make technology better
29
82757
2411
saber si podríamos mejorar la tecnología
sacando más provecho
01:25
by doing a better job at leveraging
30
85192
1698
a la capacidad humana
del sentido del tacto.
del sentido del tacto.
01:26
the human capability
with the sense of touch.
with the sense of touch.
31
86914
2122
¿Podría mejorar las interfaces
de computadores y máquinas
de computadores y máquinas
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
to computers and machines
32
89060
2933
si permito que la gente aproveche
lo que puede hacer con sus manos?
lo que puede hacer con sus manos?
01:32
by letting you take
advantage of your hands?
advantage of your hands?
33
92017
2573
01:34
And indeed, I think we can,
34
94614
1565
¡Claro que podemos!
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
of a field called haptics,
35
96203
2592
Ese es el corazón de un campo
llamado "háptica",
llamado "háptica",
el campo en el que yo trabajo.
01:38
and this is the area that I work in.
36
98819
1730
Tiene que ver con la tecnología
táctil interactiva.
táctil interactiva.
01:40
It's all about interactive
touch technology.
touch technology.
37
100573
2345
01:42
And the way it works is,
38
102942
1153
Funciona así:
conforme movemos
el cuerpo por el mundo
el cuerpo por el mundo
01:44
as you move your body through the world,
39
104119
2505
01:46
if, as an engineer, I can make a system
that can measure that motion,
that can measure that motion,
40
106648
3284
si, como ingeniera,
puedo hacer un sistema
puedo hacer un sistema
que mida ese movimiento
y luego presentar
las sensaciones en el tiempo,
las sensaciones en el tiempo,
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
en correspondencia,
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
in the real world,
43
113778
2674
coincidiendo con lo que
uno siente en el mundo real,
uno siente en el mundo real,
eso podría engañarnos y hacernos creer
que estamos tocando algo
que estamos tocando algo
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
you're touching something
44
116476
2544
cuando no hay nada allí.
01:59
even though there's nothing there.
45
119044
1685
Veamos tres ejemplos
02:00
So here are three examples
46
120753
1616
02:02
and these are all done
from research in my lab at Penn.
from research in my lab at Penn.
47
122393
3110
a partir de estudios realizados
en mi laboratorio.
en mi laboratorio.
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
El primero tiene que ver con
el problema que les estaba mostrando:
¿Cómo podemos capturar
la sensación que dejan los objetos
la sensación que dejan los objetos
02:08
how can we capture how objects feel
49
128808
1967
02:10
and recreate those experiences?
50
130799
1997
y recrear estas experiencias?
02:12
So the way we solve this problem
51
132820
1999
Resolvemos este problema
creando una herramienta de mano
02:14
is by creating a hand-held tool
52
134843
2065
que dentro tiene muchos sensores.
02:16
that has many different sensors inside.
53
136932
1872
Tiene un sensor de fuerza
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
how hard you're pushing;
54
138828
3352
que nos permite establecer
cuán duro uno está empujando,
cuán duro uno está empujando,
rastrear el movimiento,
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
saber donde uno ha movido algo exactamente
y un sensor de vibración,
02:25
and it has a vibration sensor,
an accelerometer, inside,
an accelerometer, inside,
56
145536
2690
un acelerómetro
que detecta las sacudidas hacia atrás
y hacia adelante de la herramienta
y hacia adelante de la herramienta
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
back and forth of the tool
57
148250
2442
y que nos permite determinar que se
trata de un pedazo de lienzo
trata de un pedazo de lienzo
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
that's a piece of canvas
58
150716
2032
y no de seda o algo así.
02:32
and not a piece of silk or something else.
59
152772
2022
Y entonces tomamos los datos
que registramos
que registramos
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
from these interactions.
60
154818
2639
de estas interacciones...
aquí hay diez segundos de datos.
02:37
Here's ten seconds of data.
61
157481
1294
Se puede ver cómo las vibraciones
se hacen más grandes y más pequeñas
se hacen más grandes y más pequeñas
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
get larger and smaller,
62
158799
2885
dependiendo de cómo nos movemos.
02:41
depending on how you move.
63
161708
1476
Entonces tomamos los datos y hacemos
un modelo matemático de estas relaciones
un modelo matemático de estas relaciones
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
model of those relationships
64
163208
2743
y las programamos en una tableta
02:45
and program them into a tablet computer
65
165975
2419
02:48
so that when you take the stylus
66
168418
1564
para que cuando tomamos el bolígrafo
y tocamos la pantalla
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
ese accionador de bobina de audio
que está en el soporte blanco
que está en el soporte blanco
produce vibraciones que dan la ilusión
02:54
plays vibrations to give you the illusion
69
174313
2267
02:56
that you're touching the real surface,
70
176604
2030
de tocar una superficie 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
como si tocáramos, arrastrando
hacia atrás y hacia adelante,
hacia atrás y hacia adelante,
en el lienzo real.
Podemos crear ilusiones
muy convincentes.
muy convincentes.
03:01
We can create very compelling illusions.
72
181951
1941
Podemos hacerlo para toda
clase de superficies
clase de superficies
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
y es realmente divertido.
Lo llamamos haptografía,
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
haptic photography.
74
187510
3917
fotografía háptica.
03:11
And I think it has potential
benefits in all sorts of areas
benefits in all sorts of areas
75
191451
2780
Creo que tiene beneficios potenciales
en toda clase de campos
como en las compras en línea,
como en las compras en línea,
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
maybe interactive museum exhibits,
76
194255
2706
quizá en exhibiciones
de museo interactivas,
de museo interactivas,
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
to touch the precious artifacts,
77
196985
2754
donde no se espera que uno toque
los preciados artefactos,
pero uno siempre lo desea.
pero uno siempre lo desea.
03:19
but you always want to.
78
199763
1376
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
El segundo ejemplo
del que quiero hablarles
del que quiero hablarles
viene de una colaboración
con la Dra. Margrit Maggio
de odontología en la U. de Pensilvania.
de odontología en la U. de Pensilvania.
03:24
with Dr. Margrit Maggio
at the Penn Dental School.
at the Penn Dental School.
80
204865
2342
Parte de su trabajo consiste en enseñarle
a los estudiantes de odontología
a los estudiantes de odontología
03:27
Part of her job is to teach
dental students
dental students
81
207231
2015
cómo establecer dónde hay cavidades
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
there are cavities.
82
209270
2782
en la boca de un paciente.
Por supuesto que observan radiografías,
03:32
Of course they look at X-rays,
83
212076
1521
pero gran parte de su juicio clínico
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
comes from what they feel
84
213621
3250
viene de lo que pueden sentir
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
with a dental explorer.
85
216895
2366
al tocar dientes con un explorador dental.
Todos hemos pasado por esto.
Ellos proceden.
Ellos proceden.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
they go across.
86
219285
2008
Y esperamos sentir que el diente
esté efectivamente duro
esté efectivamente duro
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
y por lo tanto sano,
pero si se siente algo
blando y pegajoso,
blando y pegajoso,
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
88
224884
1746
es una señal de que el esmalte
está empezando a decaer.
está empezando a decaer.
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
is starting to decay.
89
226654
2504
Y este tipo de juicios
son difíciles de realizar
son difíciles de realizar
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
para un estudiante
de odontología novato
de odontología novato
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
a lot of teeth yet.
91
232427
2258
porque todavía no ha tocado muchos dientes.
Y uno quiere que aprendan bien esto
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
before they start practicing
92
234709
2838
antes de empezar a practicar
con pacientes reales.
con pacientes reales.
03:57
on real human patients.
93
237571
1160
Por eso adosamos un acelerómetro
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
on to the dental explorer,
94
238755
4286
al explorador dental
y grabamos lo que
siente la Dra. Maggio
siente la Dra. Maggio
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
95
243065
1933
al tocar diferentes
dientes ya extraídos.
dientes ya extraídos.
04:05
as she touches different extracted teeth.
96
245022
2170
Y lo podemos reproducir
en forma de video,
en forma de video,
04:07
And we can play it back for you as a video
97
247216
2763
04:10
with a touch track --
98
250003
1653
con una pista de contacto.
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
but also a touch track,
99
251680
2219
No sólo una pista de sonido,
sino también una pista de contacto
sino también una pista de contacto
que uno puede sentir al sostener
esa herramienta repetitiva.
esa herramienta repetitiva.
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
that repeating tool.
100
253923
2326
Uno puede sentir las mismas cosas
04:16
You feel the same things the dentist
felt when they did the recording,
felt when they did the recording,
101
256273
3293
que sintió el dentista cuando
hizo las grabaciones
hizo las grabaciones
y practicar realizando diagnósticos.
04:19
and practice making judgments.
102
259590
1441
Aquí hay una muestra.
04:21
So here's a sample one.
103
261055
1162
Este diente parece sospechoso, ¿no?
04:22
Here's a tooth that looks
kind of suspicious, right?
kind of suspicious, right?
104
262241
2489
04:24
It has all those brown stains.
105
264754
2524
Tiene todas esas manchas de café
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
y podría pensarse:
"Definitivamente deberíamos
rellenar ese diente".
rellenar ese diente".
Pero si prestamos atención
a cómo se siente
a cómo se siente
04:30
But if you pay attention to how it feels,
107
270809
1960
veremos que todas las superficies
del diente están duras y saludables
del diente están duras y saludables
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
are hard and healthy,
108
272793
2634
y este paciente no necesita relleno.
04:35
so this patient does not need a filling.
109
275451
2259
04:37
And these are exactly the kind
of judgments doctors make every day
of judgments doctors make every day
110
277734
3123
Los médicos hacen estos diagnósticos
todos los días
y creo que esta tecnología
que hemos creado
que hemos creado
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
tiene mucho potencial para muchas cosas
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
training, because it's really simple
112
283977
3451
en el entrenamiento médico
porque es muy simple
porque es muy simple
y funciona bien recreando
04:47
and it does a great job at recreating
what people feel through tools.
what people feel through tools.
113
287452
3546
lo que siente la gente
mediante herramientas.
mediante herramientas.
Creo que también podría
ayudar a hacer juegos
ayudar a hacer juegos
04:51
I think it could also help make games
more interactive and fun
more interactive and fun
114
291022
3020
más interactivos, divertidos
y más realistas en las
sensaciones que generan.
sensaciones que generan.
04:54
and more realistic
in the sensations that you feel.
in the sensations that you feel.
115
294066
2577
04:56
The last example I want to tell you about
is again about human movement.
is again about human movement.
116
296667
3629
Por último, quiero hablar nuevamente
del ejemplo del movimiento humano.
05:00
So if any of you have ever learned sports,
117
300320
2000
Si alguno ha aprendido
alguna vez algún deporte,
alguna vez algún deporte,
sabe cómo se llega a ser bueno
en el surf, por ejemplo.
en el surf, por ejemplo.
05:02
how do you get good
at something like surfing?
at something like surfing?
118
302344
2263
Con práctica.
05:04
You practice.
119
304631
1151
Uno practica más y más, ¿sí?
05:05
You practice some more and more, right?
120
305806
1862
05:07
Making small corrections,
maybe getting some input from a coach,
maybe getting some input from a coach,
121
307692
3069
Hacemos pequeñas correcciones
en función de lo que
dice el entrenador
dice el entrenador
aprendiendo a mejorar los movimientos.
05:10
learning how to improve your motions.
122
310785
1776
Creo que podemos usar las computadoras
05:12
I think we could use computers
123
312585
1462
para hacer ese proceso
más eficiente y divertido.
más eficiente y divertido.
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
more efficient and more fun.
124
314071
2596
Y aquí, por ejemplo,
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
if I have six different arm movements
125
316691
2960
tengo seis movimientos
diferentes de brazo
diferentes de brazo
que quiero que Uds. aprendan,
05:19
that I want you to learn,
126
319675
1196
vengan a mi laboratorio
en la U. de Pensilvania
en la U. de Pensilvania
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
and try out our system.
127
320895
3376
y prueben nuestro 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
Usamos un kinect para medir los movimientos,
les mostramos gráficos en la pantalla,
05:27
and then we also give you touch cues,
129
327778
2093
y luego les damos pistas táctiles,
05:29
haptic feedback on your arm,
130
329895
1588
retroalimentación háptica al brazo
enviada a través de estas
bandas de brazo hápticas
bandas de brazo hápticas
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
which have motors inside,
131
331507
3360
que tienen motores por dentro
y que lo guían a uno mientras se mueve.
05:34
and guide you as you move.
132
334891
1571
Si unimos todo esto
05:36
So, if we put it together,
133
336486
1266
al intentar reproducir un movimiento
05:37
as you're trying to track this motion,
134
337776
2325
si uno se desvía,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
your arm is a little too high --
135
340125
3164
digamos que el brazo está
demasiado arriba,
demasiado arriba,
se encienden los motores que están
allí en la piel
allí en la piel
05:43
we turn on the motors
right there on the skin
right there on the skin
136
343313
2109
para hacerle saber
que debería bajarlo,
que debería bajarlo,
05:45
to let you know you should move down,
137
345446
1771
casi como un entrenador
que gentilmente lo guía
que gentilmente lo guía
05:47
almost like a coach gently guiding you
138
347241
1862
ayudándole a dominar
estos movimientos más rápidamente
estos movimientos más rápidamente
05:49
and helping you master
these movements more quickly
these movements more quickly
139
349127
2891
y a realizar correcciones más precisas.
05:52
and make more precise corrections.
140
352042
1849
Desarrollamos este sistema para
rehabilitación de infartos cerebrales
rehabilitación de infartos cerebrales
05:53
We developed this system
for use in stroke rehabilitation,
for use in stroke rehabilitation,
141
353915
2762
05:56
but I think there are a lot
of applications,
of applications,
142
356701
2304
pero creo que tiene
muchísimas aplicaciones,
muchísimas aplicaciones,
como en el aprendizaje
del baile por ejemplo,
del baile por ejemplo,
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
o el entrenamiento en toda suerte
de deportes también.
de deportes también.
Así que ahora saben un poco
06:03
So now you know a little bit
about the field of haptics,
about the field of haptics,
144
363263
2716
del campo de la háptica,
de la que yo creo que oirán más
en los años venideros.
en los años venideros.
06:06
which I think you'll hear more
about in the coming years.
about in the coming years.
145
366003
2702
Les he mostrado tres ejemplos
06:08
I've shown you three examples.
146
368729
1430
y quiero sólo tomarme un momento
06:10
I just want to take a moment
147
370183
1351
para hacer un reconocimiento
a todos los estudiantes fantásticos
a todos los estudiantes fantásticos
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
que trabajan conmigo en el laboratorio
de la U. de Pensilvania
de la U. de Pensilvania
y a mis colaboradores,
06:14
and my collaborators.
149
374790
1151
¡son un gran grupo!
06:15
They're a great group.
150
375965
1157
También quiero agradecerles
su amable atención.
su amable atención.
06:17
I also want to thank you
for your kind attention.
for your kind attention.
151
377146
2898
(Aplausos)
06:20
(Applause)
152
380068
3002
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