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
Insegno ingegneria meccanica
all'Università di Pennsylvania
00:16
at the University of Pennsylvania,
1
16712
1645
e il mio hobby è la fotografia.
00:18
and my favorite hobby is photography.
2
18381
2959
Viaggiando per il mondo,
00:21
And as I travel around the world,
3
21364
1785
mi piace scattare foto come queste
00:23
I love taking photographs like these,
4
23173
2152
per ricordare tutte le cose
belle ed interessanti che ho visto.
belle ed interessanti che ho visto.
00:25
so I can remember all
the beautiful and interesting things
the beautiful and interesting things
5
25349
2919
00:28
that I've seen.
6
28292
1278
Ma non posso registrare e condividere
00:29
But what I can't do is record and share
7
29594
3676
la sensazione al tatto
che danno questi oggetti.
che danno questi oggetti.
00:33
how these objects feel to touch.
8
33294
3349
E questo è sorprendente
00:36
And that's kind of surprising,
9
36667
1540
perché il tatto è veramente importante.
00:38
because your sense of touch
is really important.
is really important.
10
38231
2265
È coinvolto
in ogni interazione quotidiana,
in ogni interazione quotidiana,
00:40
It's involved in every physical
interaction you do every day,
interaction you do every day,
11
40520
2870
ogni manipolazione, ogni cosa che fate.
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
anything you do in the world.
12
43414
2550
Perciò il senso del tatto
è veramente molto interessante.
è veramente molto interessante.
00:45
So the sense of touch
is actually pretty interesting.
is actually pretty interesting.
13
45988
2507
Ha due componenti principali.
00:48
It has two main components.
14
48519
1642
00:50
The first is tactile sensations,
15
50185
2337
La prima è la sensazione tattile,
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
cose che sentite sulla pelle.
E la seconda è la sensazione cinestetica,
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
che riguarda la posizione del corpo,
come si muove,
come si muove,
e le forze con cui vi scontrate.
01:00
and the forces you encounter.
19
60156
1571
E siete bravi ad incorporare
01:01
And you're really good at incorporating
20
61751
1897
entrambe queste sensazioni
01:03
both of these types of sensations together
21
63672
2206
per capire le interazioni fisiche
che avete col mondo
che avete col mondo
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
you have with the world
22
65902
2980
e capire appena toccate una superficie,
01:08
and understand as you touch a surface:
23
68906
1825
se è una roccia, un gatto, un coniglio,
cos'è?
cos'è?
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
Perciò, da ingegnere, sono incantata
01:16
I'm really fascinated
26
76082
1392
e ho tanto rispetto
per la bravura della gente con le mani.
per la bravura della gente con le mani.
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 sono intrigata e incuriosita
01:20
And I'm intrigued and curious
28
80831
1902
da quanto potremmo migliorare
la tecnologia
la tecnologia
01:22
about whether we could
make technology better
make technology better
29
82757
2411
lavorando meglio e sfruttando
l'abilità umana con il senso del tatto.
l'abilità umana con il senso del tatto.
01:25
by doing a better job at leveraging
30
85192
1698
01:26
the human capability
with the sense of touch.
with the sense of touch.
31
86914
2122
Potrei perfezionare
le interfacce di computer e macchine
le interfacce di computer e macchine
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
to computers and machines
32
89060
2933
facendovi trarre vantaggio
dalle vostre mani?
dalle vostre mani?
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
Penso proprio che possiamo,
e questo è alla base
di un settore chiamato "aptico,"
di un settore chiamato "aptico,"
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
of a field called haptics,
35
96203
2592
ed è questa l'area in cui lavoro.
01:38
and this is the area that I work in.
36
98819
1730
Riguarda la tecnologia touch interattiva.
01:40
It's all about interactive
touch technology.
touch technology.
37
100573
2345
Funziona con il movimento
del vostro corpo nel mondo,
del vostro corpo nel mondo,
01:42
And the way it works is,
38
102942
1153
01:44
as you move your body through the world,
39
104119
2505
se posso creare un sistema
che misura quel movimento,
che misura quel movimento,
01:46
if, as an engineer, I can make a system
that can measure that motion,
that can measure that motion,
40
106648
3284
e poi regalarvi le sensazioni nel tempo
01:49
and then present to you
sensations over time
sensations over time
41
109956
2530
e quel tipo di riproduzione,
01:52
that kind of make sense,
42
112510
1244
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
in the real world,
43
113778
2674
corrispondente a quello
che potreste toccare nel mondo
che potreste toccare nel mondo
potrei farvi pensare
che state toccando qualcosa
che state toccando qualcosa
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
you're touching something
44
116476
2544
anche se non c'è niente lì.
01:59
even though there's nothing there.
45
119044
1685
Bene, ecco qui tre esempi
02:00
So here are three examples
46
120753
1616
della ricerca del mio laboratorio
alla Penn.
alla Penn.
02:02
and these are all done
from research in my lab at Penn.
from research in my lab at Penn.
47
122393
3110
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
Il primo è tutto sul problema
che vi presentavo:
che vi presentavo:
come si può catturare
la sensazione degli oggetti
la sensazione degli oggetti
02:08
how can we capture how objects feel
49
128808
1967
02:10
and recreate those experiences?
50
130799
1997
e ricreare quell'esperienza?
La nostra risoluzione al problema
02:12
So the way we solve this problem
51
132820
1999
è creare uno strumento palmare
02:14
is by creating a hand-held tool
52
134843
2065
che abbia tanti sensori all'interno.
02:16
that has many different sensors inside.
53
136932
1872
Questo ha un sensore di forza
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
how hard you're pushing;
54
138828
3352
per cui possiamo dire
quanto state premendo,
quanto state premendo,
ha un rilevatore di movimento
per dire dove lo avete mosso,
per dire dove lo avete mosso,
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
ha un sensore di vibrazione,
02:25
and it has a vibration sensor,
an accelerometer, inside,
an accelerometer, inside,
56
145536
2690
un accelerometro all'interno
che capta l'agitazione dello strumento
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
back and forth of the tool
57
148250
2442
e vi permette di
sapere che è un pezzo di tela
sapere che è un pezzo di tela
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
that's a piece of canvas
58
150716
2032
e non un pezzo di seta o altro.
02:32
and not a piece of silk or something else.
59
152772
2022
Poi prendiamo i dati
registrati da queste interazioni.
registrati da queste interazioni.
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
from these interactions.
60
154818
2639
02:37
Here's ten seconds of data.
61
157481
1294
Ecco dieci secondi di dati.
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
get larger and smaller,
62
158799
2885
Vedete come le vibrazioni
sono maggiori o minori,
sono maggiori o minori,
a seconda dal vostro movimento.
02:41
depending on how you move.
63
161708
1476
E creiamo un modello matematico
da queste relazioni
da queste relazioni
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
model of those relationships
64
163208
2743
e li programmiamo in un 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
così quando prendete la penna
e andare a toccare lo schermo,
e andare a toccare lo schermo,
02:50
and go and touch the screen,
67
170006
1429
l'attuatore della bobina
dell'altoparlante nella mensola bianca
dell'altoparlante nella mensola bianca
02:51
that voice-coil actuator
in the white bracket
in the white bracket
68
171459
2830
02:54
plays vibrations to give you the illusion
69
174313
2267
dà vibrazioni che vi danno l'illusione
di toccare la vera superficie
proprio come aver toccato,
proprio come aver toccato,
02:56
that you're touching the real surface,
70
176604
2030
trascinato avanti e indietro
sulla vera tela.
sulla vera tela.
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
Possiamo creare affascinanti illusioni.
03:01
We can create very compelling illusions.
72
181951
1941
Possiamo farlo
per tutti i tipi di superficie
per tutti i tipi di superficie
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
ed è molto divertente.
Noi la chiamiamo aptografia,
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
haptic photography.
74
187510
3917
fotografia aptica.
03:11
And I think it has potential
benefits in all sorts of areas
benefits in all sorts of areas
75
191451
2780
E penso potrebbe avere dei vantaggi
in tutte le aree come lo shopping online,
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
maybe interactive museum exhibits,
76
194255
2706
magari nelle mostre interattive,
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
to touch the precious artifacts,
77
196985
2754
dove non è previsto toccare
i preziosi artefatti,
ma si vuole sempre farlo.
ma si vuole sempre farlo.
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
Il secondo esempio che voglio farvi
viene dalla mia collaborazione
con la Dott.ssa Margrit Maggio
di odontoiatria alla Penn.
di odontoiatria alla Penn.
03:24
with Dr. Margrit Maggio
at the Penn Dental School.
at the Penn Dental School.
80
204865
2342
Parte del suo lavoro
è insegnare agli studenti
è insegnare agli studenti
03:27
Part of her job is to teach
dental students
dental students
81
207231
2015
a dire dove nella bocca dei pazienti
ci sono delle cavità.
ci sono delle cavità.
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
there are cavities.
82
209270
2782
Naturalmente guardano le lastre,
03:32
Of course they look at X-rays,
83
212076
1521
ma la gran parte
delle valutazioni cliniche
delle valutazioni cliniche
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
comes from what they feel
84
213621
3250
viene da quello che sentono
quando i denti
vengono toccati con lo specillo.
vengono toccati con lo specillo.
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
with a dental explorer.
85
216895
2366
A voi ragazzi è successo tutto questo.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
they go across.
86
219285
2008
Quello che sentono è se il dente è duro,
allora è sano,
allora è sano,
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
ma se è cedevole e vischioso,
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
88
224884
1746
quello è il segnale
che lo smalto inizia a cariarsi.
che lo smalto inizia a cariarsi.
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
is starting to decay.
89
226654
2504
E queste valutazioni sono difficili
da realizzare per gli studenti
da realizzare per gli studenti
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
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
a lot of teeth yet.
91
232427
2258
perché non hanno ancora toccato un dente.
E voi volete che lo imparino
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
before they start practicing
92
234709
2838
prima di praticare
su un vero paziente umano.
su un vero paziente umano.
03:57
on real human patients.
93
237571
1160
Per cui aggiungiamo un accelerometro
allo specillo,
allo specillo,
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
on to the dental explorer,
94
238755
4286
poi registriamo quello
che la Dott.ssa Maggio sente
che la Dott.ssa Maggio sente
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
95
243065
1933
quando tocca diversi denti estratti.
04:05
as she touches different extracted teeth.
96
245022
2170
Possiamo mostrarvelo in un video
04:07
And we can play it back for you as a video
97
247216
2763
con una traccia tattile.
04:10
with a touch track --
98
250003
1653
Non solo la traccia audio,
ma anche la traccia tattile
ma anche la traccia tattile
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
but also a touch track,
99
251680
2219
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
that repeating tool.
100
253923
2326
che si sente tenendo lo strumento.
Si toccano le stesse cose
che il dentista tocca
che il dentista tocca
04:16
You feel the same things the dentist
felt when they did the recording,
felt when they did the recording,
101
256273
3293
quando registra e prova
a fare una valutazione.
a fare una valutazione.
04:19
and practice making judgments.
102
259590
1441
Ecco un esempio.
04:21
So here's a sample one.
103
261055
1162
Ecco un dente che sembra sospetto, vero?
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
Ha delle macchie marroni,
e forse state pensando
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
"Dovremmo proprio
otturarlo questo dente."
otturarlo questo dente."
In realtà se prestate
attenzione a quello che toccate,
attenzione a quello che toccate,
04:30
But if you pay attention to how it feels,
107
270809
1960
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
are hard and healthy,
108
272793
2634
tutta la superficie del dente
è dura e sana
è dura e sana
perciò il paziente
non ha bisogno di un'otturazione.
non ha bisogno di un'otturazione.
04:35
so this patient does not need a filling.
109
275451
2259
Questi sono i tipi di valutazione
04:37
And these are exactly the kind
of judgments doctors make every day
of judgments doctors make every day
110
277734
3123
che i dottori fanno quotidianamente
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 che questa tecnologia inventata
abbia un potenziale per tante cose
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
training, because it's really simple
112
283977
3451
per il tirocinio medico
perché è molto semplice
perché è molto semplice
e fa un gran lavoro nel ricreare
04:47
and it does a great job at recreating
what people feel through tools.
what people feel through tools.
113
287452
3546
ciò che le persone
toccano con gli strumenti.
toccano con gli strumenti.
Penso possa aiutare a creare dei giochi
più interattivi, divertenti
più interattivi, divertenti
04:51
I think it could also help make games
more interactive and fun
more interactive and fun
114
291022
3020
e realistici nelle sensazioni che avrete.
04:54
and more realistic
in the sensations that you feel.
in the sensations that you feel.
115
294066
2577
L'ultimo esempio che voglio mostrarvi
04:56
The last example I want to tell you about
is again about human movement.
is again about human movement.
116
296667
3629
è di nuovo sul movimento umano.
Perciò se qualcuno di voi
pratica qualche sport,
pratica qualche sport,
05:00
So if any of you have ever learned sports,
117
300320
2000
05:02
how do you get good
at something like surfing?
at something like surfing?
118
302344
2263
sapete come diventate
bravi con il surf per esempio?
bravi con il surf per esempio?
05:04
You practice.
119
304631
1151
Allenandovi.
Vi allenate tanto, vero?
05:05
You practice some more and more, right?
120
305806
1862
Facendo piccole correzioni,
05:07
Making small corrections,
maybe getting some input from a coach,
maybe getting some input from a coach,
121
307692
3069
magari con l'input di un allenatore
imparando a migliorare i vostri movimenti.
05:10
learning how to improve your motions.
122
310785
1776
05:12
I think we could use computers
123
312585
1462
Penso di poter usare i computer
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
more efficient and more fun.
124
314071
2596
per migliorare il processo
in modo efficace e divertente.
in modo efficace e divertente.
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
if I have six different arm movements
125
316691
2960
Ecco qui, per esempio,
sei diversi movimenti di gambe
che voglio insegnarvi,
che voglio insegnarvi,
05:19
that I want you to learn,
126
319675
1196
venite al mio laboratorio alla Penn
e provate il nostro sistema.
e provate il nostro sistema.
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
and try out our system.
127
320895
3376
Usiamo una kinect
per misurare i movimenti,
per misurare i movimenti,
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
mostriamo la grafica sullo schermo,
05:27
and then we also give you touch cues,
129
327778
2093
e poi possiamo darvi indizi tattili,
05:29
haptic feedback on your arm,
130
329895
1588
feedback aptici, nelle braccia
trasmessi dalle fascette aptiche
nelle braccia
nelle braccia
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
which have motors inside,
131
331507
3360
che hanno dei motori interni
e vi guidano nel movimento.
e vi guidano nel movimento.
05:34
and guide you as you move.
132
334891
1571
Se li uniamo, mentre cerchiamo
di tracciare il movimento
di tracciare il movimento
05:36
So, if we put it together,
133
336486
1266
05:37
as you're trying to track this motion,
134
337776
2325
se deviate, magari il braccio
è troppo in alto,
è troppo in alto,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
your arm is a little too high --
135
340125
3164
accendiamo i motori che sono sulla pelle
05:43
we turn on the motors
right there on the skin
right there on the skin
136
343313
2109
per farvi sapere, ehi, dovresti abbassarti,
05:45
to let you know you should move down,
137
345446
1771
05:47
almost like a coach gently guiding you
138
347241
1862
quasi come un allenatore che vi guida
e vi aiuta a controllare
quei movimenti più velocemente
quei movimenti più velocemente
05:49
and helping you master
these movements more quickly
these movements more quickly
139
349127
2891
e fare correzioni più precise.
05:52
and make more precise corrections.
140
352042
1849
Abbiamo sviluppato questo sistema
da usare in riabilitazione post-ictus,
da usare in riabilitazione post-ictus,
05:53
We developed this system
for use in stroke rehabilitation,
for use in stroke rehabilitation,
141
353915
2762
ma penso esistano tante applicazioni,
05:56
but I think there are a lot
of applications,
of applications,
142
356701
2304
come gli allenamenti di danza
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 qualsiasi allenamento sportivo.
Perciò, ora sapete un po' di più
sul campo dell'aptica
sul campo dell'aptica
06:03
So now you know a little bit
about the field of haptics,
about the field of haptics,
144
363263
2716
del quale sentirete
parlare nei prossimi anni.
parlare nei prossimi anni.
06:06
which I think you'll hear more
about in the coming years.
about in the coming years.
145
366003
2702
Vi ho mostrato tre esempi,
06:08
I've shown you three examples.
146
368729
1430
e vorrei solo un momento
06:10
I just want to take a moment
147
370183
1351
per ringraziare tutti i bravi studenti
che lavorano con me alla Penn.
che lavorano con me alla Penn.
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
e i miei collaboratori,
sono un bel gruppo.
sono un bel gruppo.
06:14
and my collaborators.
149
374790
1151
06:15
They're a great group.
150
375965
1157
Inoltre ringrazio voi per l'attenzione.
06:17
I also want to thank you
for your kind attention.
for your kind attention.
151
377146
2898
(Applausi)
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