TEDYouth 2012
Katherine Kuchenbecker: The technology of touch
Filmed:
Readability: 3.9
671,551 views
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:14
I'm a mechanical engineering professor
0
14745
1943
Ik ben hoogleraar werktuigbouwkunde
aan de Universiteit van Pennsylvania.
00:16
at the University of Pennsylvania,
1
16712
1645
Mijn favoriete hobby is fotografie.
00:18
and my favorite hobby is photography.
2
18381
2959
Ik reis rond de wereld
00:21
And as I travel around the world,
3
21364
1785
en maak graag foto's zoals deze.
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
Ik kan mij nog alle mooie
en interessante dingen herinneren
die ik gezien heb.
die ik gezien heb.
00:28
that I've seen.
6
28292
1278
Maar ik kan niet vastleggen en delen
00:29
But what I can't do is record and share
7
29594
3676
hoe deze objecten aanvoelen.
00:33
how these objects feel to touch.
8
33294
3349
Dat is verrassend
00:36
And that's kind of surprising,
9
36667
1540
want aanraken is heel erg belangrijk.
00:38
because your sense of touch
is really important.
is really important.
10
38231
2265
Het is dagelijks betrokken
bij elke fysieke interactie,
bij elke fysieke interactie,
00:40
It's involved in every physical
interaction you do every day,
interaction you do every day,
11
40520
2870
elke taak
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
anything you do in the world.
12
43414
2550
en al wat je doet in de wereld.
De tastzin is eigenlijk heel interessant.
00:45
So the sense of touch
is actually pretty interesting.
is actually pretty interesting.
13
45988
2507
Hij heeft twee componenten:
00:48
It has two main components.
14
48519
1642
00:50
The first is tactile sensations,
15
50185
2337
tactiele gewaarwordingen,
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
dingen die je met je huid voelt
en kinestetische gewaarwordingen
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
die te maken hebben met de positie van je lichaam,
en hoe het beweegt
01:00
and the forces you encounter.
19
60156
1571
en de krachten
die je ondervindt.
die je ondervindt.
Je bent heel goed in het combineren
01:01
And you're really good at incorporating
20
61751
1897
van die twee soorten gewaarwordingen
01:03
both of these types of sensations together
21
63672
2206
om je fysieke interacties
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
you have with the world
22
65902
2980
met de wereld te begrijpen
en te begrijpen
dat je een oppervlak raakt:
dat je een oppervlak raakt:
01:08
and understand as you touch a surface:
23
68906
1825
een rots, een kat, een konijn.
Wat is het?
Wat is het?
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
Als ingenieur ben ik gefascineerd
01:16
I'm really fascinated
26
76082
1392
en heb ik veel respect voor
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
hoe goed mensen zijn met hun handen.
Ik ben geïntrigeerd en nieuwsgierig
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
over hoe we technologie kunnen verbeteren
door de menselijke capaciteiten
voor aanraken te verhogen.
voor aanraken te verhogen.
01:25
by doing a better job at leveraging
30
85192
1698
door de menselijke capaciteiten
voor aanraken te verhogen.
voor aanraken te verhogen.
01:26
the human capability
with the sense of touch.
with the sense of touch.
31
86914
2122
Kon ik de interfaces naar computers
en machines verbeteren
en machines verbeteren
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
to computers and machines
32
89060
2933
door je je handen te laten gebruiken?
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
Inderdaad, dat kan
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
of a field called haptics,
35
96203
2592
en dat is de kern van 'haptiek'
en dat is mijn werkgebied.
01:38
and this is the area that I work in.
36
98819
1730
Het gaat allemaal om
interactieve aanraaktechnologie.
interactieve aanraaktechnologie.
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
Het werkt zo:
je beweegt je lichaam in de wereld
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
en als ingenieur kan ik een systeem maken
dat de beweging kan meten
en je begrijpelijke gewaarwordingen
kan geven
kan geven
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 je begrijpelijke gewaarwordingen
kan geven
kan geven
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
in the real world,
43
113778
2674
die overeen komen met wat je voelt
in de echte wereld.
in de echte wereld.
Ik kan je doen geloven dat je iets aanraakt
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
you're touching something
44
116476
2544
zelfs als er niets is.
01:59
even though there's nothing there.
45
119044
1685
Hier zijn drie voorbeelden
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
en die komen allemaal uit
mijn onderzoekslab in de Pennsylvania Universiteit.
mijn onderzoekslab in de Pennsylvania Universiteit.
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
De eerste gaat over
hetzelfde probleem dat ik jullie toonde:
hoe kunnen we
het aanvoelen van objecten vastleggen
het aanvoelen van objecten vastleggen
02:08
how can we capture how objects feel
49
128808
1967
02:10
and recreate those experiences?
50
130799
1997
en de ervaring opnieuw oproepen?
02:12
So the way we solve this problem
51
132820
1999
We lossen dit probleem op
door een instrument te maken
02:14
is by creating a hand-held tool
52
134843
2065
met verschillende sensoren erin.
02:16
that has many different sensors inside.
53
136932
1872
Het voelt ook de kracht,
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
how hard you're pushing;
54
138828
3352
zodat we je kunnen vertellen
hoeveel druk je uitoefent.
hoeveel druk je uitoefent.
Het volgt beweging,
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
zodat we precies kunnen vertellen
dat je bewogen hebt
dat je bewogen hebt
en het heeft een vibratiesensor,
02:25
and it has a vibration sensor,
an accelerometer, inside,
an accelerometer, inside,
56
145536
2690
een versnellingsmeter vanbinnen
die het schudden van het instrument registreert.
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
back and forth of the tool
57
148250
2442
Daardoor weten we dat het een stuk doek is
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
that's a piece of canvas
58
150716
2032
en geen zijde of iets anders.
02:32
and not a piece of silk or something else.
59
152772
2022
We nemen de gegevens
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
from these interactions.
60
154818
2639
van deze interacties.
Hier zijn 10 seconden data.
02:37
Here's ten seconds of data.
61
157481
1294
Je kan zien dat de vibraties
kleiner en groter worden,
kleiner en groter worden,
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
get larger and smaller,
62
158799
2885
afhankelijk van hoe je beweegt.
02:41
depending on how you move.
63
161708
1476
We maakten een wiskundig model
van die relatie
van die relatie
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
model of those relationships
64
163208
2743
en programmeerden het in een tabletcomputer.
02:45
and program them into a tablet computer
65
165975
2419
02:48
so that when you take the stylus
66
168418
1564
Als je de stylus neemt
en het scherm aanraakt,
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
speelt die bedieningscylinder in de witte beugel
vibraties om je de illusie te geven
02:54
plays vibrations to give you the illusion
69
174313
2267
02:56
that you're touching the real surface,
70
176604
2030
dat je een echt oppervlak aanraakt
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
net zoals het zou voelen als je over en weer
zou wrijven op een echt doek.
We kunnen heel goede illusies creëren.
03:01
We can create very compelling illusions.
72
181951
1941
We kunnen dit doen
met allerlei soorten oppervlakten
met allerlei soorten oppervlakten
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
en het is echt heel leuk.
We noemen het haptografie:
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
haptic photography.
74
187510
3917
haptische fotografie.
03:11
And I think it has potential
benefits in all sorts of areas
benefits in all sorts of areas
75
191451
2780
Ik denk aan de mogelijke voordelen
van allerlei soorten gebieden zoals
online winkelen,
online winkelen,
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
maybe interactive museum exhibits,
76
194255
2706
misschien interactieve tentoonstellingen
in musea
in musea
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
to touch the precious artifacts,
77
196985
2754
waar we kostbare stukken niet mogen aanraken
maar wel zouden willen.
maar wel zouden willen.
waar we kostbare stukken niet mogen aanraken
maar wel zouden willen.
maar wel zouden willen.
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
Mijn tweede voorbeeld
komt voort uit een samenwerking
met dr. Margrit Maggio
aan de tandartsschool in Pennsylvania.
aan de tandartsschool in Pennsylvania.
03:24
with Dr. Margrit Maggio
at the Penn Dental School.
at the Penn Dental School.
80
204865
2342
Zij leert studenten
03:27
Part of her job is to teach
dental students
dental students
81
207231
2015
gaatjes te vinden de mond van de patiënt.
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
there are cavities.
82
209270
2782
gaatjes te vinden de mond van de patiënt.
Ze kijken naar radiografieën
03:32
Of course they look at X-rays,
83
212076
1521
maar een groot gedeelte
van hun beoordelingen
van hun beoordelingen
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
comes from what they feel
84
213621
3250
komt door de tanden
met een instrument te voelen.
met een instrument te voelen.
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
with a dental explorer.
85
216895
2366
komt door de tanden
met een instrument te voelen.
met een instrument te voelen.
Je hebt het zeker al meegemaakt.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
they go across.
86
219285
2008
Een harde tand is gezond.
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
Een harde tand is gezond.
Zacht en kleverig is een signaal
dat het glazuur aangetast is.
dat het glazuur aangetast is.
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
88
224884
1746
Zacht en kleverig is een signaal
dat het glazuur aangetast is.
dat het glazuur aangetast is.
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
is starting to decay.
89
226654
2504
Die beoordeling is moeilijk
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
voor nieuwe tandartsen
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
a lot of teeth yet.
91
232427
2258
omdat ze nog niet veel tanden gevoeld hebben.
Je wilt dat ze het leren
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
before they start practicing
92
234709
2838
voordat ze het op mensen toepassen.
03:57
on real human patients.
93
237571
1160
We kunnen een versnellingsmeter
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
on to the dental explorer,
94
238755
4286
op de tandenvoeler zetten.
We nemen op wat dokter Maggio voelt
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
95
243065
1933
terwijl ze verschillende tanden aanraakt.
04:05
as she touches different extracted teeth.
96
245022
2170
We spelen het terug af als een 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
met een voelkanaal.
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
but also a touch track,
99
251680
2219
Dus zowel een geluidskanaal
als een voelkanaal.
als een voelkanaal.
Je voelt het
door het herhalend instrument vast te houden.
door het herhalend instrument vast te houden.
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
that repeating tool.
100
253923
2326
Je voelt dezelfde dingen
04:16
You feel the same things the dentist
felt when they did the recording,
felt when they did the recording,
101
256273
3293
die de tandartsen voelden
toen zij het opnamen
toen zij het opnamen
en je kan oefenen
in het beoordelen.
in het beoordelen.
04:19
and practice making judgments.
102
259590
1441
Hier is een voorbeeld.
04:21
So here's a sample one.
103
261055
1162
Hier is een verdachte tand.
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
Hij heeft bruine plekken,
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
en je zou kunnen denken:
oh, die moeten we zeker vullen.
Maar let op hoe hij aanvoelt:
04:30
But if you pay attention to how it feels,
107
270809
1960
de oppervlakken van de tand
zijn hard en gezond,
zijn hard en gezond,
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
are hard and healthy,
108
272793
2634
dus de patiënt heeft geen vulling nodig.
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
Dat zijn precies de beoordelingen
die een dokter elke dag maakt
en ik denk dat deze nieuwe technologie
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
veel potentieel heeft voor
verschillende dingen
verschillende dingen
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
training, because it's really simple
112
283977
3451
in medische training
omdat het echt eenvoudig is
omdat het echt eenvoudig is
en het kan ontzettend goed weergeven
04:47
and it does a great job at recreating
what people feel through tools.
what people feel through tools.
113
287452
3546
wat mensen voelen,
via instrumenten.
via instrumenten.
Ik denk dat ik misschien kan helpen
games maken
games maken
04:51
I think it could also help make games
more interactive and fun
more interactive and fun
114
291022
3020
die meer interactief en leuker zijn,
realistischer in de sensaties.
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
Mijn laatste voorbeeld
is alweer menselijke beweging.
05:00
So if any of you have ever learned sports,
117
300320
2000
Als iemand van jullie al ooit een sport aanleerde:
hoe word je goed in surfen?
05:02
how do you get good
at something like surfing?
at something like surfing?
118
302344
2263
Je oefent.
05:04
You practice.
119
304631
1151
En je oefent nog wat meer.
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
Kleine correcties maken,
misschien heb je een coach,
leren hoe je je bewegingen kan verbeteren.
05:10
learning how to improve your motions.
122
310785
1776
We kunnen computers gebruiken
05:12
I think we could use computers
123
312585
1462
om te helpen dat proces efficiënter
en leuker te maken.
en leuker te maken.
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
more efficient and more fun.
124
314071
2596
Hier bijvoorbeeld:
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
if I have six different arm movements
125
316691
2960
als je zes verschillende armbewegingen hebt
die je wilt leren,
05:19
that I want you to learn,
126
319675
1196
kom je naar mijn lab in Pennsylvania
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
and try out our system.
127
320895
3376
en probeer ons systeem.
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
We gebruiken een Kinect
om je bewegingen te meten,
om je bewegingen te meten,
we tonen grafieken op het scherm.
05:27
and then we also give you touch cues,
129
327778
2093
We geven je ook voelsleutels,
05:29
haptic feedback on your arm,
130
329895
1588
haptische feedback, op je arm
geleverd door deze haptische armbanden
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
which have motors inside,
131
331507
3360
die vanbinnen motoren hebben
en je gidsen terwijl je beweegt.
05:34
and guide you as you move.
132
334891
1571
Als we alles samennemen:
05:36
So, if we put it together,
133
336486
1266
jij probeert de beweging te volgen,
05:37
as you're trying to track this motion,
134
337776
2325
en als je afwijkt,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
your arm is a little too high --
135
340125
3164
misschien je arm die te hoog is,
zetten we de motoren hier op de huid aan
05:43
we turn on the motors
right there on the skin
right there on the skin
136
343313
2109
om je te tonen dat je naar beneden moet,
05:45
to let you know you should move down,
137
345446
1771
een beetje zoals een coach je zachtjes gidst
05:47
almost like a coach gently guiding you
138
347241
1862
en helpt om de bewegingen sneller
onder de knie te krijgen
onder de knie te krijgen
05:49
and helping you master
these movements more quickly
these movements more quickly
139
349127
2891
en meer precieze correcties te maken.
05:52
and make more precise corrections.
140
352042
1849
We ontwikkelden dit systeem
voor herstel na beroerte
voor herstel na beroerte
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
maar ik denk dat er veel toepassingen zijn.
Danstraining misschien
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
of allerlei soorten sporttrainingen.
Nu weet je wat meer
over het domein van de haptica,
over het domein van de haptica,
06:03
So now you know a little bit
about the field of haptics,
about the field of haptics,
144
363263
2716
Nu weet je wat meer
over het domein van de haptica,
over het domein van de haptica,
waar je de volgende jaren nog veel meer
over zal horen.
over zal horen.
06:06
which I think you'll hear more
about in the coming years.
about in the coming years.
145
366003
2702
Ik toonde drie voorbeelden
06:08
I've shown you three examples.
146
368729
1430
en ik wil een ogenblik stilstaan
06:10
I just want to take a moment
147
370183
1351
bij geweldige studenten
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
die in mijn laboratorium werken
en bij mijn medewerkers:
06:14
and my collaborators.
149
374790
1151
het is een geweldige groep.
06:15
They're a great group.
150
375965
1157
Ik dank jullie voor je aandacht.
06:17
I also want to thank you
for your kind attention.
for your kind attention.
151
377146
2898
(Applaus)
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