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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Je suis professeur d’ingénierie mécanique
00:14
I'm a mechanical engineering professor
0
14745
1943
à l'Université de Pennsylvanie
00:16
at the University of Pennsylvania,
1
16712
1645
et mon passe-temps préféré,
c'est la photographie.
c'est la photographie.
00:18
and my favorite hobby is photography.
2
18381
2959
Et comme je voyage dans le monde entier,
00:21
And as I travel around the world,
3
21364
1785
j'aime prendre des photos comme celles-ci
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
pour me rappeler toutes les choses
belles et intéressantes que j'ai vues.
00:28
that I've seen.
6
28292
1278
Mais ce que je ne peux pas faire,
c'est enregistrer et partager
c'est enregistrer et partager
00:29
But what I can't do is record and share
7
29594
3676
l'impression que l'on a
quand on touche ces objets.
quand on touche ces objets.
00:33
how these objects feel to touch.
8
33294
3349
C'est surprenant parce que
00:36
And that's kind of surprising,
9
36667
1540
le sens du toucher est important
00:38
because your sense of touch
is really important.
is really important.
10
38231
2265
dans toutes vos interactions physiques,
00:40
It's involved in every physical
interaction you do every day,
interaction you do every day,
11
40520
2870
les tâches de manipulation,
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
anything you do in the world.
12
43414
2550
tout ce que vous faites.
Et donc, le sens du toucher
est en fait assez intéressant.
est en fait assez intéressant.
00:45
So the sense of touch
is actually pretty interesting.
is actually pretty interesting.
13
45988
2507
Il a deux composantes principales.
00:48
It has two main components.
14
48519
1642
00:50
The first is tactile sensations,
15
50185
2337
La première, est
les sensations tactiles,
les sensations tactiles,
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
ce que vous sentez sur votre peau.
La deuxième, est
les sensations kinesthésiques --
les sensations kinesthésiques --
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
la position de votre corps,
le déplacement,
01:00
and the forces you encounter.
19
60156
1571
et les forces extérieures.
Et vous savez bien intégrer
ces deux sensations,
ces deux sensations,
01:01
And you're really good at incorporating
20
61751
1897
01:03
both of these types of sensations together
21
63672
2206
pour mieux comprendre vos
interactions avec le monde
interactions avec le monde
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
you have with the world
22
65902
2980
et ce que vous touchez.
01:08
and understand as you touch a surface:
23
68906
1825
Est-ce une pierre, un chat, un lapin ?
Qu'est-ce que c'est ?
Qu'est-ce que c'est ?
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
Alors, en tant qu'ingénieure,
je suis vraiment fascinée
je suis vraiment fascinée
01:16
I'm really fascinated
26
76082
1392
et j'admire beaucoup ce que
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
les gens font avec leurs mains.
Et je suis intriguée et intéressée
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
à l'idée de créer de
meilleures technologies
meilleures technologies
en exploitant la capacité humaine
01:25
by doing a better job at leveraging
30
85192
1698
au moyen du sens du toucher.
01:26
the human capability
with the sense of touch.
with the sense of touch.
31
86914
2122
Pourrais-je améliorer notre interface
avec la technologie
avec la technologie
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
to computers and machines
32
89060
2933
en vous permettant de
profiter de vos mains ?
profiter de vos mains ?
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
En effet, j'y crois.
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
of a field called haptics,
35
96203
2592
C'est le fondement du domaine
appelé "l'haptique",
appelé "l'haptique",
dans lequel je travaille.
01:38
and this is the area that I work in.
36
98819
1730
Il s'agit de la technologie
tactile interactive.
tactile interactive.
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
En bref,
à mesure que vous vous déplacez
à travers le monde,
à travers le monde,
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 j'arrive a créer un système
qui mesure ce mouvement-là
qui mesure ce mouvement-là
et je vous présente des sensations
apparemment normales,
apparemment normales,
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
au fil du temps,
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
in the real world,
43
113778
2674
qui coïncident avec les
sensations du monde réel,
sensations du monde réel,
je peux vous faire
toucher quelque chose
toucher quelque chose
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
you're touching something
44
116476
2544
qui n'est pas là.
01:59
even though there's nothing there.
45
119044
1685
Bon, voici les exemples.
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
Elles proviennent toutes
de mon labo à Penn[sylvanie].
de mon labo à Penn[sylvanie].
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
Le premier est à propos du problème
que je vous montrais :
comment capturer les sensations des objets
02:08
how can we capture how objects feel
49
128808
1967
02:10
and recreate those experiences?
50
130799
1997
pour recréer ces expériences-là ?
02:12
So the way we solve this problem
51
132820
1999
Et on résout ce problème-ci
en créant un appareil portatif
02:14
is by creating a hand-held tool
52
134843
2065
équipé de plusieurs
capteurs à l'intérieur.
capteurs à l'intérieur.
02:16
that has many different sensors inside.
53
136932
1872
Un capteur de pression
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
how hard you're pushing;
54
138828
3352
pour mesurer combien vous poussez,
un capteur de mouvements
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
pour suivre si vous bougez,
et un capteur de vibration,
02:25
and it has a vibration sensor,
an accelerometer, inside,
an accelerometer, inside,
56
145536
2690
un accéléromètre, à l'intérieur
pour détecter si vous l'agitez;
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
back and forth of the tool
57
148250
2442
qui vous dit si
vous touchez de la toile,
vous touchez de la toile,
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
that's a piece of canvas
58
150716
2032
de la soie ou autre chose.
02:32
and not a piece of silk or something else.
59
152772
2022
Et puis on prend
les données des interactions.
les données des interactions.
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
from these interactions.
60
154818
2639
Voici 10 secondes de données.
02:37
Here's ten seconds of data.
61
157481
1294
Vous pouvez voir les vibrations
augmenter et diminuer
augmenter et diminuer
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
get larger and smaller,
62
158799
2885
selon la façon dont vous bougez.
02:41
depending on how you move.
63
161708
1476
Avec cela, on conçoit un
modèle mathématique
modèle mathématique
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
model of those relationships
64
163208
2743
et le programmons dans une tablette
02:45
and program them into a tablet computer
65
165975
2419
02:48
so that when you take the stylus
66
168418
1564
et donc quand vous appuyez
le stylet sur l'écran,
le stylet sur l'écran,
02:50
and go and touch the screen,
67
170006
1429
un actionneur de bobine acoustique
dans le support blanc
dans le support blanc
02:51
that voice-coil actuator
in the white bracket
in the white bracket
68
171459
2830
émet des vibrations
pour vous donner l'illusion
pour vous donner l'illusion
02:54
plays vibrations to give you the illusion
69
174313
2267
02:56
that you're touching the real surface,
70
176604
2030
que vous appuyez sur une surface réelle,
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
tout comme si vous dessiniez
sur une toile réelle.
On peut créer des illusions fascinantes
03:01
We can create very compelling illusions.
72
181951
1941
pour toute sorte de surface
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
et c'est vraiment amusant.
On l'appelle l'haptographie.
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
haptic photography.
74
187510
3917
La photographie haptique.
03:11
And I think it has potential
benefits in all sorts of areas
benefits in all sorts of areas
75
191451
2780
Cela apporte des avantages
tel que pour les achats en ligne
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
maybe interactive museum exhibits,
76
194255
2706
ou les expositions interactives au musée
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
to touch the precious artifacts,
77
196985
2754
où toucher les artefacts est interdit
bien que vous
vouliez toujours le faire.
vouliez toujours le faire.
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
Le deuxième exemple
provient d'une collaboration
avec la Dr. Margarit Maggio
de dentisterie à Penn.
de dentisterie à Penn.
03:24
with Dr. Margrit Maggio
at the Penn Dental School.
at the Penn Dental School.
80
204865
2342
Elle apprend à ses élèves
03:27
Part of her job is to teach
dental students
dental students
81
207231
2015
à savoir où dans la bouche du patient
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
there are cavities.
82
209270
2782
se trouvent les caries.
Ils font des radiographies
03:32
Of course they look at X-rays,
83
212076
1521
mais une grande partie
du jugement clinique
du jugement clinique
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
comes from what they feel
84
213621
3250
vient de ce qu'ils touchent
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
with a dental explorer.
85
216895
2366
quand ils explorent vos dents.
Vous l'avez déjà expérimenté.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
they go across.
86
219285
2008
Ils touchent pour savoir
si la dent est dure,
si la dent est dure,
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
alors saine,
mais si elle est moelle est collante,
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
88
224884
1746
c'est un signe que l'émail
se décompose.
se décompose.
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
is starting to decay.
89
226654
2504
Ces jugements-ci sont difficiles
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
pour les nouveaux élèves
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
a lot of teeth yet.
91
232427
2258
car ils n'ont pas assez d’expérience.
Et ils doivent l’apprendre
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
before they start practicing
92
234709
2838
avant de pratiquer sur un patient réel.
03:57
on real human patients.
93
237571
1160
Alors, nous intégrons un accéléromètre
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
on to the dental explorer,
94
238755
4286
à la sonde dentaire
et nous enregistrons
ce que Dr. Maggio sent
ce que Dr. Maggio sent
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
95
243065
1933
04:05
as she touches different extracted teeth.
96
245022
2170
en touchant des dents extraites.
Et nous pouvons vous lire une vidéo
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
avec une piste tactile.
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
but also a touch track,
99
251680
2219
Donc pas seulement une piste audio
mais une piste tactile dans l'outil.
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
that repeating tool.
100
253923
2326
Vous pouvez sentir
04:16
You feel the same things the dentist
felt when they did the recording,
felt when they did the recording,
101
256273
3293
ce que la dentiste sentait
et vous entrainer aux diagnostics.
04:19
and practice making judgments.
102
259590
1441
Voici un échantillon.
04:21
So here's a sample one.
103
261055
1162
C'est une dent qui a l'air
suspecte, n'est-ce pas ?
suspecte, n'est-ce pas ?
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
Elle est couverte de tâches brunes
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
et vous vous demandez,
s'il faut faire un plombage.
Mais si vous la touchez,
04:30
But if you pay attention to how it feels,
107
270809
1960
toutes les surfaces sont dures et saines
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
are hard and healthy,
108
272793
2634
donc le patient
n'a pas besoin d'un plombage.
n'a pas besoin d'un plombage.
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
Ce sont les diagnostics
que les médecins font
et je crois que notre 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
est prometteuse pour
la formation en médecine
la formation en médecine
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
training, because it's really simple
112
283977
3451
parce que c'est vraiment simple
et ça réussi à recréer
ce que les gens sentent
ce que les gens sentent
04:47
and it does a great job at recreating
what people feel through tools.
what people feel through tools.
113
287452
3546
à l'aide d'outils.
Ça pourrait aussi aider à créer des jeux
04:51
I think it could also help make games
more interactive and fun
more interactive and fun
114
291022
3020
plus interactifs et sympas
et plus réalistes quant à vos sensations.
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
Le dernière exemple est encore
à propos du déplacement.
05:00
So if any of you have ever learned sports,
117
300320
2000
Si vous avez déjà appris un sport,
vous savez comment on maitrise
un sport, tel que le surf ?
un sport, tel que le surf ?
05:02
how do you get good
at something like surfing?
at something like surfing?
118
302344
2263
05:04
You practice.
119
304631
1151
On pratique.
Vous pratiquez beaucoup, n'est-ce pas ?
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
Faites de petites corrections,
écoutez l'entraîneur
et améliorez vos mouvements.
05:10
learning how to improve your motions.
122
310785
1776
On pourrait se servir des ordinateurs
05:12
I think we could use computers
123
312585
1462
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
more efficient and more fun.
124
314071
2596
pour créer un processus
plus efficace et amusant.
plus efficace et amusant.
Par exemple, ici,
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
if I have six different arm movements
125
316691
2960
si j'ai six mouvements différents
à vous apprendre,
05:19
that I want you to learn,
126
319675
1196
vous allez à mon labo à Penn
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
and try out our system.
127
320895
3376
et testez notre système.
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
Une Kinect enregistre vos mouvements,
un écran montre des graphiques,
05:27
and then we also give you touch cues,
129
327778
2093
et vous recevez des signaux tactiles,
05:29
haptic feedback on your arm,
130
329895
1588
de rétroaction haptique,
transmis par ces brassards
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
which have motors inside,
131
331507
3360
qui ont des capteurs dedans
et qui guident vos déplacements.
05:34
and guide you as you move.
132
334891
1571
Dans l'ensemble,
05:36
So, if we put it together,
133
336486
1266
en suivant ce déplacement-ci,
05:37
as you're trying to track this motion,
134
337776
2325
si vous déviez,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
your arm is a little too high --
135
340125
3164
ou votre main est trop en haut,
nous mettons en marche
les moteurs sur votre peau
les moteurs sur votre peau
05:43
we turn on the motors
right there on the skin
right there on the skin
136
343313
2109
pour vous dire de les baisser
05:45
to let you know you should move down,
137
345446
1771
comme un entraîneur qui vous guide
05:47
almost like a coach gently guiding you
138
347241
1862
et vous aide à maîtriser
les mouvements plus vite
les mouvements plus vite
05:49
and helping you master
these movements more quickly
these movements more quickly
139
349127
2891
et à faire des corrections plus précises.
05:52
and make more precise corrections.
140
352042
1849
Nous avons conçu ce système
pour la rééducation post-AVC,
pour la rééducation post-AVC,
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
mais cela a plein d'applications,
tel que pour la danse
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 pour toute sorte
d'entraînement sportif également.
d'entraînement sportif également.
A présent vous connaissez un peu
06:03
So now you know a little bit
about the field of haptics,
about the field of haptics,
144
363263
2716
le domaine de l'haptique
dont vous découvrirez
plus à l'avenir.
plus à l'avenir.
06:06
which I think you'll hear more
about in the coming years.
about in the coming years.
145
366003
2702
Je vous ai montré 3 exemples
06:08
I've shown you three examples.
146
368729
1430
et voudrais prendre un moment
06:10
I just want to take a moment
147
370183
1351
pour remercier toutes les élèves
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
qui travaillent avec moi
et mes collaborateurs.
06:14
and my collaborators.
149
374790
1151
Ils font un super groupe.
06:15
They're a great group.
150
375965
1157
Et vous aussi, je vous
remercie pour votre attention.
remercie pour votre attention.
06:17
I also want to thank you
for your kind attention.
for your kind attention.
151
377146
2898
(Applaudissements)
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