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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:14
I'm a mechanical engineering professor
0
14745
1943
Sou professora de engenharia mecânica,
na Universidade da Pensilvânia,
00:16
at the University of Pennsylvania,
1
16712
1645
e meu hobby favorito é a fotografia.
00:18
and my favorite hobby is photography.
2
18381
2959
E quando viajo pelo mundo,
00:21
And as I travel around the world,
3
21364
1785
adoro tirar 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
para poder recordar todas as coisas bonitas
e interessantes que eu vi.
00:28
that I've seen.
6
28292
1278
Mas o que não consigo fazer é registrar e compartilhar
00:29
But what I can't do is record and share
7
29594
3676
como é sentir esses objetos ao toque.
00:33
how these objects feel to touch.
8
33294
3349
Isso é meio surpreendente,
00:36
And that's kind of surprising,
9
36667
1540
porque o sentido do tato é muito importante.
00:38
because your sense of touch
is really important.
is really important.
10
38231
2265
Ele participa em todas as interações físicas que realizamos todos os dias,
00:40
It's involved in every physical
interaction you do every day,
interaction you do every day,
11
40520
2870
toda atividade que envolva manipulação,
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
anything you do in the world.
12
43414
2550
o que quer que venhamos a fazer.
O sentido do tato é, de fato, bastante interessante.
00:45
So the sense of touch
is actually pretty interesting.
is actually pretty interesting.
13
45988
2507
Ele possui dois componentes principais.
00:48
It has two main components.
14
48519
1642
00:50
The first is tactile sensations,
15
50185
2337
O primeiro é a sensação tátil,
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
as coisas que você sente em sua pele,
e o segundo é a sensação cinestésica,
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
e isso está relacionado com a posição do seu corpo,
e como ele se movimenta,
01:00
and the forces you encounter.
19
60156
1571
e as forças com que se depara.
E somos muito bons em unir
01:01
And you're really good at incorporating
20
61751
1897
esses dois tipos de sensação,
01:03
both of these types of sensations together
21
63672
2206
na percepção das interações físicas
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
you have with the world
22
65902
2980
que temos com o mundo,
e para reconhecer, ao tocarmos uma superfície:
01:08
and understand as you touch a surface:
23
68906
1825
"Isso é uma pedra? É um gato? Um coelho? O que é isso?"
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
Então, como engenheira, sou realmente fascinada
01:16
I'm really fascinated
26
76082
1392
e respeito muito
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 agilidade que as pessoas têm com suas mãos.
E fico intrigada e curiosa
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
se seria possível melhorarmos a tecnologia,
trabalhando mais para alavancar
01:25
by doing a better job at leveraging
30
85192
1698
a capacidade humana no que diz repeito ao tato.
01:26
the human capability
with the sense of touch.
with the sense of touch.
31
86914
2122
Seria possível melhorar as interfaces de computadores e máquinas,
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
to computers and machines
32
89060
2933
permitindo que pudéssemos usar nossas mãos?
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
De fato, acho que é possível,
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
of a field called haptics,
35
96203
2592
e essa é a tarefa mais importante de uma área chamada "háptica",
e é nessa área que trabalho.
01:38
and this is the area that I work in.
36
98819
1730
Está relacionada com tecnologias de toque interativas.
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
E funciona assim:
ao nos movermos por aí,
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
já que sou engenheira e posso criar um sistema
que consiga medir esse movimento,
e fazer você experimentar sensações 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 meio que façam sentido,
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
in the real world,
43
113778
2674
que sejam equivalentes ao que sentiríamos no mundo real,
posso fazê-los acreditarem que estão tocando em algo
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
you're touching something
44
116476
2544
mesmo quando não estão tocando em nada.
01:59
even though there's nothing there.
45
119044
1685
Muito bem. Então, temos aqui três exemplos
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
e eles foram todos feitos através de pesquisa, no meu laboratório, na universidade.
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 tem tudo a ver com
aquele mesmo problema que mostrei a vocês:
como podemos capturar a impressão do toque dos objetos
02:08
how can we capture how objects feel
49
128808
1967
02:10
and recreate those experiences?
50
130799
1997
e reproduzi-la?
02:12
So the way we solve this problem
51
132820
1999
Então, podemos resolver esse problema
criando uma ferramenta manual
02:14
is by creating a hand-held tool
52
134843
2065
que possui diversos sensores internos.
02:16
that has many different sensors inside.
53
136932
1872
Ela tem um sensor de força,
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
how hard you're pushing;
54
138828
3352
para medirmos a pressão exercida ao toque,
tem sensores de movimento,
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
para detectarmos exatamente o movimento que fez com ela,
e tem um sensor de vibração,
02:25
and it has a vibration sensor,
an accelerometer, inside,
an accelerometer, inside,
56
145536
2690
um acelerômetro interno,
que detecta o chacoalhar da ferramenta,
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
back and forth of the tool
57
148250
2442
o que permite identificar quando se trata de tela
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
that's a piece of canvas
58
150716
2032
e não de um pedaço de seda ou outra coisa qualquer.
02:32
and not a piece of silk or something else.
59
152772
2022
Aí, pegamos os dados que gravamos
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
from these interactions.
60
154818
2639
nestas interações.
Aqui temos 10 segundos de dados.
02:37
Here's ten seconds of data.
61
157481
1294
Dá pra ver como as vibrações aumentam e diminuem,
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
get larger and smaller,
62
158799
2885
dependendo de como nos mexemos.
02:41
depending on how you move.
63
161708
1476
E criamos um modelo matemático para essas interações
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
model of those relationships
64
163208
2743
e o colocamos num "tablet",
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, ao usarmos a caneta
para tocar a tela,
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
aquele dispositivo de som na presilha branca
reproduza vibrações para dar a impressão
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 que você está tocando uma 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
como se tocasse e rabiscasse
uma tela de verdade.
É possível criar impressões muito convincentes.
03:01
We can create very compelling illusions.
72
181951
1941
É possível fazer isso com todo tipo de superfícies
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
é isso é muito divertido.
É o que chamamos de haptografia,
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
haptic photography.
74
187510
3917
ou 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
E acho que isso traz grandes benefícios
em diversas áreas, como compras "online",
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
maybe interactive museum exhibits,
76
194255
2706
ou exposições de museu interativas,
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
to touch the precious artifacts,
77
196985
2754
em que você não pode tocar
peças de valor, como é natural querermos fazer.
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
O segundo exemplo que quero mostrar
surgiu de uma parceria que tenho
com a Dra. Margritt Maggio, na escola de odontologia da Universidade da Pensilvânia.
03:24
with Dr. Margrit Maggio
at the Penn Dental School.
at the Penn Dental School.
80
204865
2342
Parte de seu trabalho é ensinar alunos de odonto
03:27
Part of her job is to teach
dental students
dental students
81
207231
2015
a identificar cáries na boca
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
there are cavities.
82
209270
2782
de pacientes.
Claro que eles usam radiografias,
03:32
Of course they look at X-rays,
83
212076
1521
mas grande parte dessa avaliação clínica
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
comes from what they feel
84
213621
3250
vem daquilo que sentem
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
with a dental explorer.
85
216895
2366
quando tocam nossos dentes com um instrumento odontológico.
Vocês já passaram por isso. Eles olham tudo.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
they go across.
86
219285
2008
Eles querem sentir se o dente está firme o bastante,
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
porque aí está saudável,
mas se estiver meio mole e pegajoso,
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
88
224884
1746
é sinal de que o esmalte está começando cariar.
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
is starting to decay.
89
226654
2504
Essas avaliações são difíceis de fazer
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 um aluno de odonto,
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
a lot of teeth yet.
91
232427
2258
porque não tocou em muitos dentes ainda.
Eles precisam aprender isso
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
before they start practicing
92
234709
2838
antes de começarem a praticar em pacientes de verdade.
03:57
on real human patients.
93
237571
1160
O que fazemos é acoplar um acelerômetro
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
on to the dental explorer,
94
238755
4286
ao instrumento odontológico
e registramos o que a Dra. Maggio sente
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
95
243065
1933
enquanto toca em vários dentes extraídos.
04:05
as she touches different extracted teeth.
96
245022
2170
E podemos reproduzir isso para vocês num vídeo
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
com uma trilha de toque.
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
but also a touch track,
99
251680
2219
Não apenas uma trilha sonora, mas também uma trilha de toque
que você pode sentir ao segurar o simulador.
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
that repeating tool.
100
253923
2326
Você vai sentir as mesmas sensações
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 o dentista sentiu quando a gravação foi feita
e praticar o diagnóstico de cáries.
04:19
and practice making judgments.
102
259590
1441
Aqui temos uma amostra.
04:21
So here's a sample one.
103
261055
1162
Este é um dente que parece meio suspeito, não?
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
Tem essas manchas escuras
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
e deve estar pensando:
"Ah, esse dente precisa ser obturado".
Mas na verdade, se avaliá-lo a partir do toque,
04:30
But if you pay attention to how it feels,
107
270809
1960
toda a superfície desse dente está firme e saudável
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
are hard and healthy,
108
272793
2634
e por isso o paciente não precisa de obturação.
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
São exatamente essas avaliações
que os dentistas fazem todos os dias
e acredito que a tecnologia que criamos
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
é bastante promissora em diversas áreas
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
training, because it's really simple
112
283977
3451
de treinamento médico, porque é bem simples
e é ótima em recriar
04:47
and it does a great job at recreating
what people feel through tools.
what people feel through tools.
113
287452
3546
o que se sente ao usar instrumentos.
Também acho que pode ser útil na criação de jogos
04:51
I think it could also help make games
more interactive and fun
more interactive and fun
114
291022
3020
mais interativos e divertidos
e mais realistas no que diz respeito a sensações.
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
O último exemplo que quero mostrar
também tem a ver com movimento humano.
05:00
So if any of you have ever learned sports,
117
300320
2000
Caso já tenham praticado esportes,
sabe, como você faz para ser bom no surf?
05:02
how do you get good
at something like surfing?
at something like surfing?
118
302344
2263
Praticando.
05:04
You practice.
119
304631
1151
Praticando constantemente, certo?
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
Fazendo pequenas correções,
às vezes recebendo dicas de um treinador,
aprendendo a melhorar seus movimentos.
05:10
learning how to improve your motions.
122
310785
1776
Acho que podemos usar computadores
05:12
I think we could use computers
123
312585
1462
para fazer com que esse processo seja mais divertido e eficiente.
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
more efficient and more fun.
124
314071
2596
Aqui, por exemplo,
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
if I have six different arm movements
125
316691
2960
se tenho seis movimentos de braço diferentes
que quero que vocês aprendam,
05:19
that I want you to learn,
126
319675
1196
vocês vão ao meu laboratório na universidade
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
and try out our system.
127
320895
3376
e experimentam 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
Usamos um sensor para detectar seus movimentos,
mostramos imagens na tela
05:27
and then we also give you touch cues,
129
327778
2093
e damos a você sugestões de toque,
05:29
haptic feedback on your arm,
130
329895
1588
impressões hápticas, no seu braço,
através dessas braçadeiras hápticas,
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
which have motors inside,
131
331507
3360
que possuem motores internos
que guiam você enquanto se move.
05:34
and guide you as you move.
132
334891
1571
Depois disso tudo,
05:36
So, if we put it together,
133
336486
1266
quando estiver tentando imitar os movimentos,
05:37
as you're trying to track this motion,
134
337776
2325
se você se desviar,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
your arm is a little too high --
135
340125
3164
talvez seu braço esteja muito pra cima,
ligamos os motores que estão em contato com a pele
05:43
we turn on the motors
right there on the skin
right there on the skin
136
343313
2109
para te avisar: "Ei, precisa baixar o braço".
05:45
to let you know you should move down,
137
345446
1771
Quase como um treinador guiando
05:47
almost like a coach gently guiding you
138
347241
1862
e ajudando você a aperfeiçoar os movimentos de forma mais rápida
05:49
and helping you master
these movements more quickly
these movements more quickly
139
349127
2891
e a fazer correções mais precisas.
05:52
and make more precise corrections.
140
352042
1849
Desenvolvemos esse sistema para reabilitar vítimas de derrame,
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
mas acho que há diversas outras aplicações,
como talvez em treinamento de dança
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
ou em todo tipo de treinamentos esportivos.
Então, agora vocês conhecem um pouco
06:03
So now you know a little bit
about the field of haptics,
about the field of haptics,
144
363263
2716
sobre o campo da háptica,
e acredito que vocês vão ouvir falar mais sobre isso nos próximos anos.
06:06
which I think you'll hear more
about in the coming years.
about in the coming years.
145
366003
2702
Mostrei três exemplos
06:08
I've shown you three examples.
146
368729
1430
e quero apenas aproveitar
06:10
I just want to take a moment
147
370183
1351
para agradecer a todos os grandes alunos
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 trabalham comigo no laboratório da universidade
e aos meus colaboradores.
06:14
and my collaborators.
149
374790
1151
Eles são uma ótima equipe.
06:15
They're a great group.
150
375965
1157
E também quero agradecer a vocês pela atenção.
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