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TEDYouth 2012

Katherine Kuchenbecker: The technology of touch

Filmed
Views 279,288

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

Sou professora de engenharia mecânica,
00:14
I'm a mechanical engineering professor
na Universidade da Pensilvânia,
00:16
at the University of Pennsylvania,
e meu hobby favorito é a fotografia.
00:18
and my favorite hobby is photography.
E quando viajo pelo mundo,
00:21
And as I travel around the world,
adoro tirar fotos como estas,
00:23
I love taking photographs like these,
para poder recordar todas as coisas bonitas
00:25
so I can remember all
the beautiful and interesting things
e interessantes que eu vi.
00:28
that I've seen.
Mas o que não consigo fazer é registrar e compartilhar
00:29
But what I can't do is record and share
como é sentir esses objetos ao toque.
00:33
how these objects feel to touch.
Isso é meio surpreendente,
00:36
And that's kind of surprising,
porque o sentido do tato é muito importante.
00:38
because your sense of touch
is really important.
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,
toda atividade que envolva manipulação,
00:43
every manipulation task,
anything you do in the world.
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.
Ele possui dois componentes principais.
00:48
It has two main components.
O primeiro é a sensação tátil,
00:50
The first is tactile sensations,
as coisas que você sente em sua pele,
00:52
things you feel in your skin.
e o segundo é a sensação cinestésica,
00:54
And the second is kinesthetic sensations.
e isso está relacionado com a posição do seu corpo,
00:56
This has to do with the position
of your body and how it's moving,
e como ele se movimenta,
e as forças com que se depara.
01:00
and the forces you encounter.
E somos muito bons em unir
01:01
And you're really good at incorporating
esses dois tipos de sensação,
01:03
both of these types of sensations together
na percepção das interações físicas
01:05
to understand the physical interactions
you have with the world
que temos com o mundo,
e para reconhecer, ao tocarmos uma superfície:
01:08
and understand as you touch a surface:
"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?
Então, como engenheira, sou realmente fascinada
01:13
And so, as an engineer,
01:16
I'm really fascinated
e respeito muito
01:17
and I have a lot of respect
for how good people are with their hands.
a agilidade que as pessoas têm com suas mãos.
E fico intrigada e curiosa
01:20
And I'm intrigued and curious
se seria possível melhorarmos a tecnologia,
01:22
about whether we could
make technology better
trabalhando mais para alavancar
01:25
by doing a better job at leveraging
a capacidade humana no que diz repeito ao tato.
01:26
the human capability
with the sense of touch.
Seria possível melhorar as interfaces de computadores e máquinas,
01:29
Could I improve the interfaces
to computers and machines
permitindo que pudéssemos usar nossas mãos?
01:32
by letting you take
advantage of your hands?
De fato, acho que é possível,
01:34
And indeed, I think we can,
e essa é a tarefa mais importante de uma área chamada "háptica",
01:36
and that's at the core
of a field called haptics,
e é nessa área que trabalho.
01:38
and this is the area that I work in.
Está relacionada com tecnologias de toque interativas.
01:40
It's all about interactive
touch technology.
E funciona assim:
01:42
And the way it works is,
ao nos movermos por aí,
01:44
as you move your body through the world,
já que sou engenheira e posso criar um sistema
01:46
if, as an engineer, I can make a system
that can measure that motion,
que consiga medir esse movimento,
e fazer você experimentar sensações ao longo do tempo
01:49
and then present to you
sensations over time
que meio que façam sentido,
01:52
that kind of make sense,
que sejam equivalentes ao que sentiríamos no mundo real,
01:53
that match up with what you might feel
in the real world,
posso fazê-los acreditarem que estão tocando em algo
01:56
I can fool you into thinking
you're touching something
mesmo quando não estão tocando em nada.
01:59
even though there's nothing there.
Muito bem. Então, temos aqui três exemplos
02:00
So here are three examples
e eles foram todos feitos através de pesquisa, no meu laboratório, na universidade.
02:02
and these are all done
from research in my lab at Penn.
O primeiro tem tudo a ver com
02:05
The first one is all about that same
problem that I was showing you:
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
e reproduzi-la?
02:10
and recreate those experiences?
Então, podemos resolver esse problema
02:12
So the way we solve this problem
criando uma ferramenta manual
02:14
is by creating a hand-held tool
que possui diversos sensores internos.
02:16
that has many different sensors inside.
Ela tem um sensor de força,
02:18
It has a force sensor, so we can tell
how hard you're pushing;
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;
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,
um acelerômetro interno,
que detecta o chacoalhar da ferramenta,
02:28
that detects the shaking
back and forth of the tool
o que permite identificar quando se trata de tela
02:30
that lets you know
that's a piece of canvas
e não de um pedaço de seda ou outra coisa qualquer.
02:32
and not a piece of silk or something else.
Aí, pegamos os dados que gravamos
02:34
Then we take the data we record
from these interactions.
nestas interações.
Aqui temos 10 segundos de dados.
02:37
Here's ten seconds of data.
Dá pra ver como as vibrações aumentam e diminuem,
02:38
You can see how the vibrations
get larger and smaller,
dependendo de como nos mexemos.
02:41
depending on how you move.
E criamos um modelo matemático para essas interações
02:43
And we make a mathematical
model of those relationships
e o colocamos num "tablet",
02:45
and program them into a tablet computer
para que, ao usarmos a caneta
02:48
so that when you take the stylus
para tocar a tela,
02:50
and go and touch the screen,
aquele dispositivo de som na presilha branca
02:51
that voice-coil actuator
in the white bracket
reproduza vibrações para dar a impressão
02:54
plays vibrations to give you the illusion
de que você está tocando uma superfície real,
02:56
that you're touching the real surface,
como se tocasse e rabiscasse
02:58
just like if you touched, dragged
back and forth, on the real canvas.
uma tela de verdade.
É possível criar impressões muito convincentes.
03:01
We can create very compelling illusions.
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.
é isso é muito divertido.
É o que chamamos de haptografia,
03:07
We call it haptography --
haptic photography.
ou fotografia háptica.
03:11
And I think it has potential
benefits in all sorts of areas
E acho que isso traz grandes benefícios
em diversas áreas, como compras "online",
03:14
like online shopping,
maybe interactive museum exhibits,
ou exposições de museu interativas,
03:16
where you're not supposed
to touch the precious artifacts,
em que você não pode tocar
peças de valor, como é natural querermos fazer.
03:19
but you always want to.
03:21
The second example I want to tell you
about comes from a collaboration I have
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.
Parte de seu trabalho é ensinar alunos de odonto
03:27
Part of her job is to teach
dental students
a identificar cáries na boca
03:29
how to tell where in a patient's mouth
there are cavities.
de pacientes.
Claro que eles usam radiografias,
03:32
Of course they look at X-rays,
mas grande parte dessa avaliação clínica
03:33
but a large part of this clinical judgment
comes from what they feel
vem daquilo que sentem
quando tocam nossos dentes com um instrumento odontológico.
03:36
when they touch your teeth
with a dental explorer.
Vocês já passaram por isso. Eles olham tudo.
03:39
You've all had this happen,
they go across.
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,
porque aí está saudável,
mas se estiver meio mole e pegajoso,
03:44
but if it's kind of soft and sticky,
é sinal de que o esmalte está começando cariar.
03:46
that's a signal that the enamel
is starting to decay.
Essas avaliações são difíceis de fazer
03:49
These types of judgments are hard
for a new dental student to make,
para um aluno de odonto,
porque não tocou em muitos dentes ainda.
03:52
because they haven't touched
a lot of teeth yet.
Eles precisam aprender isso
03:54
And you want them to learn this
before they start practicing
antes de começarem a praticar em pacientes de verdade.
03:57
on real human patients.
O que fazemos é acoplar um acelerômetro
03:58
So what we do is add an accelerometer
on to the dental explorer,
ao instrumento odontológico
e registramos o que a Dra. Maggio sente
04:03
and then we record what Dr. Maggio feels
enquanto toca em vários dentes extraídos.
04:05
as she touches different extracted teeth.
E podemos reproduzir isso para vocês num vídeo
04:07
And we can play it back for you as a video
com uma trilha de toque.
04:10
with a touch track --
Não apenas uma trilha sonora, mas também uma trilha de toque
04:11
not just a sound track,
but also a touch track,
que você pode sentir ao segurar o simulador.
04:13
that you can feel by holding
that repeating tool.
Você vai sentir as mesmas sensações
04:16
You feel the same things the dentist
felt when they did the recording,
que o dentista sentiu quando a gravação foi feita
e praticar o diagnóstico de cáries.
04:19
and practice making judgments.
Aqui temos uma amostra.
04:21
So here's a sample one.
Este é um dente que parece meio suspeito, não?
04:22
Here's a tooth that looks
kind of suspicious, right?
04:24
It has all those brown stains.
Tem essas manchas escuras
e deve estar pensando:
04:27
You might be thinking, "We should
definitely put a filling in this tooth."
"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,
toda a superfície desse dente está firme e saudável
04:32
all the surfaces of this tooth
are hard and healthy,
e por isso o paciente não precisa de obturação.
04:35
so this patient does not need a filling.
São exatamente essas avaliações
04:37
And these are exactly the kind
of judgments doctors make every day
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
é bastante promissora em diversas áreas
04:43
for many different things in medical
training, because it's really simple
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.
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
mais interativos e divertidos
e mais realistas no que diz respeito a sensações.
04:54
and more realistic
in the sensations that you feel.
O último exemplo que quero mostrar
04:56
The last example I want to tell you about
is again about human movement.
também tem a ver com movimento humano.
Caso já tenham praticado esportes,
05:00
So if any of you have ever learned sports,
sabe, como você faz para ser bom no surf?
05:02
how do you get good
at something like surfing?
Praticando.
05:04
You practice.
Praticando constantemente, certo?
05:05
You practice some more and more, right?
Fazendo pequenas correções,
05:07
Making small corrections,
maybe getting some input from a coach,
às vezes recebendo dicas de um treinador,
aprendendo a melhorar seus movimentos.
05:10
learning how to improve your motions.
Acho que podemos usar computadores
05:12
I think we could use computers
para fazer com que esse processo seja mais divertido e eficiente.
05:14
to help make that process
more efficient and more fun.
Aqui, por exemplo,
05:16
And so here, for example,
if I have six different arm movements
se tenho seis movimentos de braço diferentes
que quero que vocês aprendam,
05:19
that I want you to learn,
vocês vão ao meu laboratório na universidade
05:20
you come into my lab at Penn
and try out our system.
e experimentam nosso sistema.
Usamos um sensor para detectar seus movimentos,
05:24
We use a Kinect to measure your motions,
we show graphics on the screen,
mostramos imagens na tela
e damos a você sugestões de toque,
05:27
and then we also give you touch cues,
impressões hápticas, no seu braço,
05:29
haptic feedback on your arm,
através dessas braçadeiras hápticas,
05:31
delivered by these haptic arm bands
which have motors inside,
que possuem motores internos
que guiam você enquanto se move.
05:34
and guide you as you move.
Depois disso tudo,
05:36
So, if we put it together,
quando estiver tentando imitar os movimentos,
05:37
as you're trying to track this motion,
se você se desviar,
05:40
if you deviate -- say, maybe,
your arm is a little too high --
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
para te avisar: "Ei, precisa baixar o braço".
05:45
to let you know you should move down,
Quase como um treinador guiando
05:47
almost like a coach gently guiding you
e ajudando você a aperfeiçoar os movimentos de forma mais rápida
05:49
and helping you master
these movements more quickly
e a fazer correções mais precisas.
05:52
and make more precise corrections.
Desenvolvemos esse sistema para reabilitar vítimas de derrame,
05:53
We developed this system
for use in stroke rehabilitation,
05:56
but I think there are a lot
of applications,
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.
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,
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.
Mostrei três exemplos
06:08
I've shown you three examples.
e quero apenas aproveitar
06:10
I just want to take a moment
para agradecer a todos os grandes alunos
06:11
to acknowledge the great students
who work with me in my lab at Penn
que trabalham comigo no laboratório da universidade
e aos meus colaboradores.
06:14
and my collaborators.
Eles são uma ótima equipe.
06:15
They're a great group.
E também quero agradecer a vocês pela atenção.
06:17
I also want to thank you
for your kind attention.
(Aplausos)
06:20
(Applause)
Translated by Leonardo Silva
Reviewed by Wanderley Jesus

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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