ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Katherine Kuchenbecker | Speaker | TED.com
TEDYouth 2012

Katherine Kuchenbecker: The technology of touch

Filmed:
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.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:14
I'm a mechanical機械的 engineeringエンジニアリング professor教授
0
14745
1943
私はペンシルバニア大学で
機械工学の教授をしています
00:16
at the University大学 of Pennsylvaniaペンシルバニア,
1
16712
1645
趣味は写真を撮ることです
00:18
and my favoriteお気に入り hobby趣味 is photography写真.
2
18381
2959
世界を旅する中で
00:21
And as I travel旅行 around the world世界,
3
21364
1785
このような写真を撮るのが
大好きです
00:23
I love taking取る photographs写真 like these,
4
23173
2152
00:25
so I can remember思い出す all
the beautiful綺麗な and interesting面白い things
5
25349
2919
自分が目にした美しくて―
興味深いものを
記憶しておけるからです
00:28
that I've seen見た.
6
28292
1278
写真で記録して共有できないのは
00:29
But what I can't do is record記録 and shareシェア
7
29594
3676
これらの物の感触です
00:33
how these objectsオブジェクト feel to touchタッチ.
8
33294
3349
これは驚くべきことです
00:36
And that's kind種類 of surprising驚くべき,
9
36667
1540
触覚はとても重要な感覚ですから
00:38
because your senseセンス of touchタッチ
is really important重要.
10
38231
2265
触覚は日々の身体的な触れ合いや
00:40
It's involved関係する in everyすべて physical物理的
interactionインタラクション you do everyすべて day,
11
40520
2870
手作業など
00:43
everyすべて manipulation操作 task仕事,
anything you do in the world世界.
12
43414
2550
やることすべてに関わっています
触覚は実はとても面白いものです
00:45
So the senseセンス of touchタッチ
is actually実際に prettyかなり interesting面白い.
13
45988
2507
2つの主な要素から成っています
00:48
It has two mainメイン componentsコンポーネント.
14
48519
1642
00:50
The first is tactile触覚 sensations感覚,
15
50185
2337
1つ目は触れる感覚―
00:52
things you feel in your skin.
16
52546
2090
物が肌に触れる感触です
2つ目は運動感覚で
00:54
And the second二番 is kinesthetic運動感覚 sensations感覚.
17
54660
2258
00:56
This has to do with the positionポジション
of your body and how it's moving動く,
18
56942
3190
これは身体の置かれている姿勢や
どのように動いているか
01:00
and the forces you encounter出会い.
19
60156
1571
どんな力を受けているかなどです
皆さんはこの2つの感覚を
01:01
And you're really good at incorporating組み込む
20
61751
1897
とても上手く組み合わせて
01:03
bothどちらも of these typesタイプ of sensations感覚 together一緒に
21
63672
2206
世界で経験している
身体的触れ合いを
01:05
to understandわかる the physical物理的 interactionsインタラクション
you have with the world世界
22
65902
2980
理解したり
物の表面を触れるときに
01:08
and understandわかる as you touchタッチ a surface表面:
23
68906
1825
これは岩か 猫か うさぎか
何かがわかるのです
01:10
is it a rock, is it a catネコ,
is it a bunnyバニー, what is it?
24
70755
3039
01:13
And so, as an engineerエンジニア,
25
73818
2240
エンジニアとして 私は
01:16
I'm really fascinated魅惑的な
26
76082
1392
人間の手のすごさに
01:17
and I have a lot of respect尊敬
for how good people are with their彼らの hands.
27
77498
3309
魅了され 感心しています
興味があるのは
01:20
And I'm intrigued興味をそそられる and curious好奇心
28
80831
1902
01:22
about whetherかどうか we could
make technology技術 better
29
82757
2411
人間の触覚を
もっとうまく利用して
01:25
by doing a better jobジョブ at leveraging活用
30
85192
1698
テクノロジーを改善できないか
ということです
01:26
the human人間 capability能力
with the senseセンス of touchタッチ.
31
86914
2122
手をうまく使うことで
コンピュータなどの
01:29
Could I improve改善する the interfacesインタフェース
to computersコンピュータ and machines機械
32
89060
2933
インターフェースを向上できるだろうか?
01:32
by letting〜する you take
advantage利点 of your hands?
33
92017
2573
01:34
And indeed確かに, I think we can,
34
94614
1565
私はできると思います
01:36
and that's at the coreコア
of a fieldフィールド calledと呼ばれる haptics触覚,
35
96203
2592
そして これが「触覚学」という
私が専門とする分野です
01:38
and this is the areaエリア that I work in.
36
98819
1730
インタラクティブな
触れることのできるテクノロジーです
01:40
It's all about interactiveインタラクティブ
touchタッチ technology技術.
37
100573
2345
01:42
And the way it works作品 is,
38
102942
1153
どういうものかというと
皆さんが身体を動かすときに
その動きを
01:44
as you move動く your body throughを通して the world世界,
39
104119
2505
01:46
if, as an engineerエンジニア, I can make a systemシステム
that can measure測定 that motionモーション,
40
106648
3284
測定するようなシステムを
エンジニアである私は構築できます
そして 連続的に
皆さんに刺激を与えます
01:49
and then presentプレゼント to you
sensations感覚 over time
41
109956
2530
01:52
that kind種類 of make senseセンス,
42
112510
1244
それは 現実世界で感じるのと
01:53
that match一致 up with what you mightかもしれない feel
in the realリアル world世界,
43
113778
2674
同じような刺激です
実際には何もないのに
01:56
I can foolばか you into thinking考え
you're touching触れる something
44
116476
2544
何かに触れているように感じます
01:59
even thoughしかし there's nothing there.
45
119044
1685
さて 3つの例をお見せしましょう
02:00
So here are three examples
46
120753
1616
02:02
and these are all done完了
from research研究 in my lab研究室 at Pennペン.
47
122393
3110
どれもペンシルバニア大学の
私の研究室で行われたものです
02:05
The first one is all about that same同じ
problem問題 that I was showing表示 you:
48
125527
3257
1つ目は
すでにお話ししたものです
どうやって物の感触を捉えて
02:08
how can we captureキャプチャー how objectsオブジェクト feel
49
128808
1967
02:10
and recreate再作成する those experiences経験?
50
130799
1997
その経験を再現するか?
02:12
So the way we solve解決する this problem問題
51
132820
1999
どのように解決するかと言うと
様々なセンサーを内蔵した
02:14
is by creating作成 a hand-held手持ち式 toolツール
52
134843
2065
手に持てる道具を作ります
02:16
that has manyたくさんの different異なる sensorsセンサ inside内部.
53
136932
1872
圧力センサーがあるので
02:18
It has a force sensorセンサー, so we can tell
how hardハード you're pushing押して;
54
138828
3352
押す力の強さがわかります
運動追跡センサーで
02:22
it has motionモーション tracking追跡, so we can tell
exactly正確に where you've moved移動した it;
55
142204
3308
動きを精確に測定でき
振動センサー
02:25
and it has a vibration振動 sensorセンサー,
an accelerometer加速度計, inside内部,
56
145536
2690
つまり加速度計で
前後の動きを検知するので
02:28
that detects検出する the shaking振る
back and forth前進 of the toolツール
57
148250
2442
これが絹などではなく
02:30
that lets〜する you know
that's a pieceピース of canvasキャンバス
58
150716
2032
キャンバスだとわかります
02:32
and not a pieceピース of silkシルク or something elseelse.
59
152772
2022
この表面での動きを記録したデータを
02:34
Then we take the dataデータ we record記録
from these interactionsインタラクション.
60
154818
2639
取り出します
これが10秒間のデータです
02:37
Here'sここにいる ten seconds of dataデータ.
61
157481
1294
動きに応じて 振動が
大きくなったり
02:38
You can see how the vibrations振動
get larger大きい and smaller小さい,
62
158799
2885
小さくなっているのがわかります
02:41
depending依存する on how you move動く.
63
161708
1476
これらの相関関係を表す
数学モデルを構築し
02:43
And we make a mathematical数学
modelモデル of those relationships関係
64
163208
2743
タブレットPCにプログラムします
02:45
and programプログラム them into a tabletタブレット computerコンピューター
65
165975
2419
02:48
so that when you take the stylusスタイラス
66
168418
1564
すると タッチペンで
スクリーンを触れると
02:50
and go and touchタッチ the screen画面,
67
170006
1429
02:51
that voice-coilボイスコイル actuatorアクチュエータ
in the white bracketブラケット
68
171459
2830
白いブラケットに入っている
ボイスコイルモータが
振動を再現して
本物の表面に触れているような
02:54
plays演劇 vibrations振動 to give you the illusion錯覚
69
174313
2267
02:56
that you're touching触れる the realリアル surface表面,
70
176604
2030
錯覚をおぼえさせます
02:58
just like if you touched触れた, draggedドラッグされた
back and forth前進, on the realリアル canvasキャンバス.
71
178658
3269
本物のキャンバスに触れて
前後に動かしているかのようにです
とてもリアルな錯覚を
生み出せます
03:01
We can create作成する very compelling説得力のある illusions幻想.
72
181951
1941
あらゆる表面に使え
03:03
We can do this for all kinds種類 of surfaces表面
and it's really a lot of fun楽しい.
73
183916
3570
とても楽しいです
「ハプトグラフィ―」と呼んでいます
03:07
We call it haptographyhaptography --
haptic触覚的 photography写真.
74
187510
3917
「触覚による写真」です
03:11
And I think it has potential潜在的な
benefits利点 in all sortsソート of areasエリア
75
191451
2780
様々な可能性があり
オンラインショッピングや
03:14
like onlineオンライン shoppingショッピング,
maybe interactiveインタラクティブ museum博物館 exhibits展示品,
76
194255
2706
インタラクティブな美術館での展示―
03:16
where you're not supposed想定される
to touchタッチ the precious貴重な artifacts成果物,
77
196985
2754
本来は触ってはいけないけれど
触りたくなるような
重要な文化財などに応用できます
03:19
but you always want to.
78
199763
1376
03:21
The second二番 example I want to tell you
about comes来る from a collaborationコラボレーション I have
79
201163
3678
2つ目にお話ししたいのは
ペンシルバニア大学の歯科学の
マルグリット・マッジオ博士と
手がけたものです
03:24
with DrDr. Margritマルグリット Maggioマッジョ
at the Pennペン Dental歯科 School学校.
80
204865
2342
彼女の仕事のひとつは
歯科学の学生に
03:27
Part of her jobジョブ is to teach教える
dental歯科 students学生の
81
207231
2015
患者の虫歯の見つけ方を
03:29
how to tell where in a patient's患者の mouth
there are cavities空洞.
82
209270
2782
教えることです
もちろん X線写真を見ますが
03:32
Of courseコース they look at X-raysX線,
83
212076
1521
診療の大部分は
03:33
but a large part of this clinical臨床的 judgment判定
comes来る from what they feel
84
213621
3250
さぐり針で
03:36
when they touchタッチ your teeth
with a dental歯科 explorer冒険者.
85
216895
2366
歯を触れる感覚でなされます
このような診察を受けた経験があるでしょう
03:39
You've all had this happen起こる,
they go across横断する.
86
219285
2008
触れて確認しているのは
歯が硬ければ
03:41
What they're feeling感じ for is if the tooth
is really hardハード, then it's healthy健康,
87
221317
3543
健康だけれど
柔らかくてべたべたしていれば
03:44
but if it's kind種類 of soft柔らかい and sticky粘着性の,
88
224884
1746
エナメル質が腐敗し始めている
しるしだからです
03:46
that's a signal信号 that the enamelエナメル
is starting起動 to decay減衰.
89
226654
2504
こうした判断は
03:49
These typesタイプ of judgments判断 are hardハード
for a new新しい dental歯科 student学生 to make,
90
229182
3221
歯科学の新入生には難しいものです
03:52
because they haven't持っていない touched触れた
a lot of teeth yetまだ.
91
232427
2258
まだ歯に触れた経験が浅いからです
患者さんで実践する前に
03:54
And you want them to learn学ぶ this
before they start開始 practicing練習する
92
234709
2838
練習もしておきたいですね
03:57
on realリアル human人間 patients患者.
93
237571
1160
そこで振動測定計を
03:58
So what we do is add追加する an accelerometer加速度計
on to the dental歯科 explorer冒険者,
94
238755
4286
さぐり針に付けて
マッジオ博士が異なる歯を
04:03
and then we record記録 what DrDr. Maggioマッジョ feels感じる
95
243065
1933
触れる際の感触を記録しました
04:05
as she touches触れる different異なる extracted抽出された teeth.
96
245022
2170
それを感触を伴うビデオとして
04:07
And we can play遊びます it back for you as a videoビデオ
97
247216
2763
04:10
with a touchタッチ trackトラック --
98
250003
1653
再現できるのです
04:11
not just a sound trackトラック,
but alsoまた、 a touchタッチ trackトラック,
99
251680
2219
サウンドトラックだけでなく
感触も記録されるので
このツールを握ることで
感触が再現されます
04:13
that you can feel by holdingホールディング
that repeating繰り返す toolツール.
100
253923
2326
歯科医が記録時に触れて
04:16
You feel the same同じ things the dentist歯科医
feltフェルト when they did the recording録音,
101
256273
3293
診断を下した時と
同じものに触れられます
04:19
and practice練習 making作る judgments判断.
102
259590
1441
これがサンプルその1です
04:21
So here'sここにいる a sampleサンプル one.
103
261055
1162
ちょっと怪しいですね
04:22
Here'sここにいる a tooth that looks外見
kind種類 of suspicious疑わしい, right?
104
262241
2489
04:24
It has all those brown褐色 stains汚れ.
105
264754
2524
茶色のしみがあり
04:27
You mightかもしれない be thinking考え, "We should
definitely絶対に put a filling充填 in this tooth."
106
267302
3483
もしかしたら
「この歯には詰め物をしなきゃ」
と思うでしょう
でも実は 触覚によく注目すると
04:30
But if you pay支払う attention注意 to how it feels感じる,
107
270809
1960
この歯の表面は硬くて健康なので
04:32
all the surfaces表面 of this tooth
are hardハード and healthy健康,
108
272793
2634
この患者に詰め物は要りません
04:35
so this patient患者 does not need a filling充填.
109
275451
2259
04:37
And these are exactly正確に the kind種類
of judgments判断 doctors医師 make everyすべて day
110
277734
3123
このような判断を
お医者さんは毎日行っています
私たちのテクノロジーは
04:40
and I think this technology技術
we've私たちは invented発明された has a lot of potential潜在的な
111
280881
3072
医療教育の様々なことに
04:43
for manyたくさんの different異なる things in medical医療
trainingトレーニング, because it's really simple単純
112
283977
3451
役立つ可能性があります
とてもシンプルで
道具による触覚の
04:47
and it does a great jobジョブ at recreating再作成する
what people feel throughを通して toolsツール.
113
287452
3546
再現性が高いからです
感じる刺激によって ゲームを
04:51
I think it could alsoまた、 help make gamesゲーム
more interactiveインタラクティブ and fun楽しい
114
291022
3020
もっとインタラクティブで楽しく
リアルなものにもできるでしょう
04:54
and more realistic現実的な
in the sensations感覚 that you feel.
115
294066
2577
04:56
The last example I want to tell you about
is again about human人間 movement移動.
116
296667
3629
最後にお話しする例も
人間の動きについてです
05:00
So if any of you have ever learned学んだ sportsスポーツ,
117
300320
2000
スポーツ経験者ならわかるでしょう
どうやってサーフィンなどを覚えますか?
05:02
how do you get good
at something like surfingサーフィン?
118
302344
2263
練習ですね
05:04
You practice練習.
119
304631
1151
練習に練習を重ねますね
05:05
You practice練習 some more and more, right?
120
305806
1862
05:07
Making作る small小さい corrections訂正,
maybe getting取得 some input入力 from a coachコーチ,
121
307692
3069
少しずつ調整して
コーチからも指導を受けて
動きを改善していきます
05:10
learning学習 how to improve改善する your motions動き.
122
310785
1776
コンピュータを使うことで
05:12
I think we could use computersコンピュータ
123
312585
1462
その過程をもっと効率よく
楽しくできます
05:14
to help make that processプロセス
more efficient効率的な and more fun楽しい.
124
314071
2596
これがその例です
05:16
And so here, for example,
if I have six6 different異なる arm movements動き
125
316691
2960
6つの腕の動きを
覚えたいとして
05:19
that I want you to learn学ぶ,
126
319675
1196
ペンシルバニア大学の
私の研究室で
05:20
you come into my lab研究室 at Pennペン
and try out our systemシステム.
127
320895
3376
システムを試します
05:24
We use a Kinectキネクト to measure測定 your motions動き,
we showショー graphicsグラフィックス on the screen画面,
128
324295
3459
「キネクト」で動きを測定し
スクリーンにグラフィックを
映し出します
05:27
and then we alsoまた、 give you touchタッチ cues合図,
129
327778
2093
そしてタッチ・キュー
05:29
haptic触覚的 feedbackフィードバック on your arm,
130
329895
1588
つまり触覚によるフィードバックを
腕の触覚ベルトに送ります
05:31
delivered配信された by these haptic触覚的 arm bandsバンド
whichどの have motorsモーター inside内部,
131
331507
3360
モーターが内蔵されており
動きを指示します
05:34
and guideガイド you as you move動く.
132
334891
1571
まとめると
05:36
So, if we put it together一緒に,
133
336486
1266
動きを追う中で
05:37
as you're trying試す to trackトラック this motionモーション,
134
337776
2325
それてしまうと―
05:40
if you deviate逸脱する -- say, maybe,
your arm is a little too high高い --
135
340125
3164
たとえば腕が高すぎたりすると
モーターがその部分の皮膚を刺激して
05:43
we turn順番 on the motorsモーター
right there on the skin
136
343313
2109
「下げなさい」と教えるのです
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to let you know you should move動く down,
137
345446
1771
早く動きを覚えるように
05:47
almostほぼ like a coachコーチ gentlyやさしく guidingガイド you
138
347241
1862
優しく教えてくれるコーチのようですが
05:49
and helping助ける you masterマスター
these movements動き more quickly早く
139
349127
2891
さらに速く正確です
05:52
and make more precise正確 corrections訂正.
140
352042
1849
このシステムは脳卒中患者の
リハビリ用に開発されましたが
05:53
We developed発展した this systemシステム
for use in strokeストローク rehabilitationリハビリ,
141
353915
2762
05:56
but I think there are a lot
of applicationsアプリケーション,
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356701
2304
様々な応用があると思います
ダンスの練習や
05:59
like maybe danceダンス trainingトレーニング
or all sortsソート of sportsスポーツ trainingトレーニング as well.
143
359029
4210
あらゆるスポーツの練習などです
さて 触覚学について
06:03
So now you know a little bitビット
about the fieldフィールド of haptics触覚,
144
363263
2716
少しわかったと思いますが
これからもっと
耳にすることになるでしょう
06:06
whichどの I think you'llあなたは hear聞く more
about in the coming到来 years.
145
366003
2702
3つの例をお見せしたので
06:08
I've shown示された you three examples.
146
368729
1430
少し時間を頂いて
06:10
I just want to take a moment瞬間
147
370183
1351
私の研究室で一緒に研究している
06:11
to acknowledge認める the great students学生の
who work with me in my lab研究室 at Pennペン
148
371558
3208
素晴らしい学生と共同研究者に
感謝の意を示したいと思います
06:14
and my collaborators協力者.
149
374790
1151
素晴らしいグループです
06:15
They're a great groupグループ.
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375965
1157
ご清聴ありがとうございました
06:17
I alsoまた、 want to thank you
for your kind種類 attention注意.
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377146
2898
(拍手)
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(Applause拍手)
152
380068
3002
Translated by Moe Shoji
Reviewed by Tomoyuki Suzuki

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ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Katherine Kuchenbecker | Speaker | TED.com