I'm a mechanical engineering professor at the University of Pennsylvania, and my favorite hobby is photography. And as I travel around the world, I love taking photographs like these, so I can remember all the beautiful and interesting things that I've seen. But what I can't do is record and share how these objects feel to touch. And that's kind of surprising, because your sense of touch is really important. It's involved in every physical interaction you do every day, every manipulation task, anything you do in the world. So the sense of touch is actually pretty interesting. It has two main components. The first is tactile sensations, things you feel in your skin. And the second is kinesthetic sensations. This has to do with the position of your body and how it's moving, and the forces you encounter. And you're really good at incorporating both of these types of sensations together to understand the physical interactions you have with the world and understand as you touch a surface: is it a rock, is it a cat, is it a bunny, what is it? And so, as an engineer, I'm really fascinated and I have a lot of respect for how good people are with their hands. And I'm intrigued and curious about whether we could make technology better by doing a better job at leveraging the human capability with the sense of touch. Could I improve the interfaces to computers and machines by letting you take advantage of your hands? And indeed, I think we can, and that's at the core of a field called haptics, and this is the area that I work in. It's all about interactive touch technology. And the way it works is, as you move your body through the world, if, as an engineer, I can make a system that can measure that motion, and then present to you sensations over time that kind of make sense, that match up with what you might feel in the real world, I can fool you into thinking you're touching something even though there's nothing there. So here are three examples and these are all done from research in my lab at Penn. The first one is all about that same problem that I was showing you: how can we capture how objects feel and recreate those experiences? So the way we solve this problem is by creating a hand-held tool that has many different sensors inside. It has a force sensor, so we can tell how hard you're pushing; it has motion tracking, so we can tell exactly where you've moved it; and it has a vibration sensor, an accelerometer, inside, that detects the shaking back and forth of the tool that lets you know that's a piece of canvas and not a piece of silk or something else. Then we take the data we record from these interactions. Here's ten seconds of data. You can see how the vibrations get larger and smaller, depending on how you move. And we make a mathematical model of those relationships and program them into a tablet computer so that when you take the stylus and go and touch the screen, that voice-coil actuator in the white bracket plays vibrations to give you the illusion that you're touching the real surface, just like if you touched, dragged back and forth, on the real canvas. We can create very compelling illusions. We can do this for all kinds of surfaces and it's really a lot of fun. We call it haptography -- haptic photography. And I think it has potential benefits in all sorts of areas like online shopping, maybe interactive museum exhibits, where you're not supposed to touch the precious artifacts, but you always want to. The second example I want to tell you about comes from a collaboration I have with Dr. Margrit Maggio at the Penn Dental School. Part of her job is to teach dental students how to tell where in a patient's mouth there are cavities. Of course they look at X-rays, but a large part of this clinical judgment comes from what they feel when they touch your teeth with a dental explorer. You've all had this happen, they go across. What they're feeling for is if the tooth is really hard, then it's healthy, but if it's kind of soft and sticky, that's a signal that the enamel is starting to decay. These types of judgments are hard for a new dental student to make, because they haven't touched a lot of teeth yet. And you want them to learn this before they start practicing on real human patients. So what we do is add an accelerometer on to the dental explorer, and then we record what Dr. Maggio feels as she touches different extracted teeth. And we can play it back for you as a video with a touch track -- not just a sound track, but also a touch track, that you can feel by holding that repeating tool. You feel the same things the dentist felt when they did the recording, and practice making judgments. So here's a sample one. Here's a tooth that looks kind of suspicious, right? It has all those brown stains. You might be thinking, "We should definitely put a filling in this tooth." But if you pay attention to how it feels, all the surfaces of this tooth are hard and healthy, so this patient does not need a filling. And these are exactly the kind of judgments doctors make every day and I think this technology we've invented has a lot of potential for many different things in medical training, because it's really simple and it does a great job at recreating what people feel through tools. I think it could also help make games more interactive and fun and more realistic in the sensations that you feel. The last example I want to tell you about is again about human movement. So if any of you have ever learned sports, how do you get good at something like surfing? You practice. You practice some more and more, right? Making small corrections, maybe getting some input from a coach, learning how to improve your motions. I think we could use computers to help make that process more efficient and more fun. And so here, for example, if I have six different arm movements that I want you to learn, you come into my lab at Penn and try out our system. We use a Kinect to measure your motions, we show graphics on the screen, and then we also give you touch cues, haptic feedback on your arm, delivered by these haptic arm bands which have motors inside, and guide you as you move. So, if we put it together, as you're trying to track this motion, if you deviate -- say, maybe, your arm is a little too high -- we turn on the motors right there on the skin to let you know you should move down, almost like a coach gently guiding you and helping you master these movements more quickly and make more precise corrections. We developed this system for use in stroke rehabilitation, but I think there are a lot of applications, like maybe dance training or all sorts of sports training as well. So now you know a little bit about the field of haptics, which I think you'll hear more about in the coming years. I've shown you three examples. I just want to take a moment to acknowledge the great students who work with me in my lab at Penn and my collaborators. They're a great group. I also want to thank you for your kind attention. (Applause)
Ben Pensilvanya Üniversitesi'nde makine mühendisliği profesörüyüm ve en sevdiğim hobim fotoğrafçılık. Dünyayı gezdikçe, bunlar gibi fotoğraflar çekmeyi seviyorum, böylece gördüğüm tüm güzel ve ilginç şeyleri hatırlayabiliyorum. Yapamadığım şey ise bu objelere dokunmanın nasıl bir his olduğunu kaydetmek ve paylaşmak. Bu biraz şaşırtıcı çünkü dokunma hissi çok önemli. Günlük olarak yaptığımız her fiziksel etkileşimde var, elle yapılan tüm işlerde, dünyada yaptığımız her şeyde. Dokunma hissi aslında oldukça ilginç. İki ana bileşeni var. İlki dokunma duyuları, teninizde hissettiğiniz şeyler. İkincisi ise kinestetik duyular. Vücudunuzun konumu, nasıl hareket ettiği ve karşılaştığı zorluklarla ilgili. Siz bu iki duyuyu birleştirmekte oldukça iyisiniz. Böylece dünyayla kurduğunuz fiziksel etkileşimleri ve dokunduğunuz yüzeyleri anlayabiliyorsunuz: O bir taş mı, kedi mi, tavşan mı, nedir o? Bir mühendis olarak bu beni büyüledi ve ellerini iyi kullanan insanlara çok saygılıyım. İnsanın dokunma hissini geliştirerek teknolojiyi daha iyi bir hale getirip getiremeyeceğimiz konusunda ilgili ve meraklıyım. Bilgisayarların ve makinelerin arayüzünü ellerinizi kullanmanızı sağlayarak geliştirebilir miyim? Evet, bence yapabiliriz. Haptik dediğimiz alanın temeli budur ve bu benim çalıştığım alan. Tamamen interaktif dokunma teknolojisiyle ilgili. Çalışma şekli ise, siz vücudunuzu dünyada hareket ettirdikçe ben bir mühendis olarak, o hareketi ölçecek bir sistem yapabilseydim ve sonra size gerçek dünyada hissedebileceklerinize benzer anlam ifade eden duyuları size sunabilseydim, aslında orada hiçbir şey olmasa bile size bir şeye dokunduğunuzu hissettirebilirdim. Penn'deki laboratuvarımda yaptığım araştırmalardan üç örneğe bakalım. İlki size gösterdiğim sorunla ilgili: dokunduğumuz objelerin nasıl hissettirdiğini nasıl kaydedebilir ve bu tecrübeyi nasıl yeniden yaratabiliriz? Bizim bu soruna çözümümüz içinde birçok farklı sensör içeren, elle tutulabilir bir alet yapmak. Güç sensörü var, böylece ne kadar bastırdığınızı ölçebiliriz; hareket takibi var, böylece nereye hareket ettirdiğinizi ölçebiliriz. İçinde titreşim sensörü ve ivmeölçer var, aletin sarsıntılarını ölçüyor ve dokunduğunuz şeyin bir tuval olduğunu, ipek ya da başka bir şey olmadığını anlamanızı sağlıyor. Daha sonra bu etkileşimlerde kaydettiğimiz verileri alıyoruz. Burada on saniyelik bir veri var. Sizin hareketinize bağlı olarak titreşimlerin nasıl büyüyüp küçüldüğünü görebilirsiniz. Bu ilişkilerin matematiksel bir modelini yapıp onları bir tablet bilgisayara programlıyoruz. Bu sayede tablet kalemi ile ekrana dokunduğunuzda o beyaz kısımdaki ses bobini uyarıcı size ilüzyon vermek için titreşim üretir, siz de gerçekten o zemine dokunuyor gibi hissedebilirsiniz, tıpkı gerçek bir tuvale dokunuyor ve elinizi ileri geri sürüklüyormuş gibi. Gerçekten zorlayıcı ilüzyonlar yaratabiliriz. Bunu birçok yüzey için yapabiliriz, açıkçası çok eğlenceli bir iş. Bunu haptografi olarak adlandırıyoruz: Haptik fotoğrafçılık. Bence bunun tüm alanlara faydası var. Örneğin online alışverişlerde, değerli yapılara dokunmamanız gereken ama hep dokunmak istediğiniz etkileşimli müze sergilerinde. Bahsetmek istediğim ikinci bir örnek Pensilvanya Diş Hekimliği Fakültesi'nden işbirliği yaptığım Dr. Margrit Maggio'dan geliyor. İşinin bir parçası olarak diş hekimliği öğrencilerine hastaların ağzındaki çürüklerin yerini nasıl söyleyeceklerini öğretiyor. Tabii ki röntgenlere bakıyorlar fakat bu klinik muayenenin büyük bir kısmı diş aletiyle dişinize dokunduklarında hissettiklerinden oluşur. Bunu hepiniz bilirsiniz, baştan başa incelerler. Hissettiklerine göre eğer diş çok sertse sağlıklıdır. Yumuşak ve yapışkan gibiyse bu diş minesinin çürümeye başladığının göstergesidir. Bu tür teşhisler yeni bir öğrenci için zordur çünkü henüz yeterince dişe dokunmamışlardır. Gerçek hastalarda uygulama yapmaya başlamadan önce bunu öğrenmelerini istersiniz. Bizim burada yaptığımız diş aletine bir ivmeölçer eklemek ve sonrasında farklı dişlere dokunduğunda Dr. Maggio'nun neler hissettiğini kaydetmek. Bunu sizin için yeniden çalabiliriz, üstelik yalnızca sesle değil aynı zamanda dokunma hissi ile birlikte. Bu sayede bu tekrarlama aletini tutarken onu hissedebilirsiniz. Dişçilerin kayıt esnasında hissettiklerini siz de hissedersiniz ve teşhis koymak için pratik yapabilirsiniz. Burada ilk örnek var. Biraz şüpheli görünen bir diş var burada, değil mi? Bir sürü kahverengi lekeleri var. "Bu dişe kesinlikle dolgu yapmamız lazım." diye düşünebilirsiniz fakat dişin nasıl hissettirdiğine dikkat ederseniz diş yüzeyinin tamamı sert ve sağlıklı yani bu hastanın dolguya ihtiyacı yok. Doktorlar her gün tam olarak bu şekilde teşhisler koyuyor ve bence hedeflediğimiz bu teknolojinin tıbbi eğitim konusunda bir çok alanda faydası var çünkü gerçekten çok basit ve aletler yardımıyla insanların ne hissettiklerini tekrar canlandırabiliyor. Bence bu teknoloji, hissettiklerinizle oyunların da daha etkileşimli, eğlenceli ve gerçekçi olmasını sağlayabilir. Bahsetmek istediğim son örnek de yine insan hareketiyle ilgili. Aranızda herhangi bir spor öğrenen var mı, mesela sörfte nasıl başarılı olabilirsiniz? Pratik yaparak. Sürekli daha fazla pratik yaparsınız, değil mi? Küçük düzeltmeler yaparak, belki bir hocadan yardım alarak, hareketlerinizi nasıl geliştireceğinizi öğrenerek. Bence bu süreci daha verimli ve eğlenceli hale getirmek için bilgisayar kullanabiliriz. Örneğin burada sizin öğrenmenizi istediğim altı kol hareketi yaparsam, Penn'deki labaratuvarıma gelip sistemimizi denersiniz. Hareketlerinizi ölçmek için bir Kinect kullanıyoruz, ekranda grafikleri gösteriyoruz ve sonrasında size dokunma işaretleri de veriyoruz. Kolunuzdaki dokunsal geri bildirim içinde motor olan bu dokunsal kol bandları tarafından sağlanır ve siz hareket ettikçe size rehberlik eder. Toparlayacak olursak, siz bu hareketi izlemeye çalışırken eğer saptırırsanız, mesela diyelim ki kolunuz çok yüksekteyse, derideki motor devreye giriyor ve size kolunuzu aşağı indirmenizi söylüyor. Tıpkı size rehberlik eden, bu hareketleri çabucak öğrenmenize ve daha doğru düzeltmeler yapabilmenize yardımcı olan bir eğitmen gibi. Bu sistemi felç rehabilitasyonunda kullanmak için geliştirdik fakat bence daha birçok uygulama alanı var. Örneğin dans eğitimi veya her çeşit spor eğitimi gibi. Artık dokunma duyusu ile ilgili daha çok şey biliyorsunuz, bence gelecek yıllarda daha çok şey de duyacaksınız. Size üç örnek gösterdim. Penn'deki laboratuvarımda benimle çalışan çok değerli öğrencileri ve ortaklarımı takdim etmek istiyorum Harika bir grup. Dinlediğiniz için teşekkür ederim. (Alkış)