Casi applicativi

Ricostruzione di fossili di dinosauro con il CAM2 Laser Scanner

Ricostruzione di fossili di dinosauro con il CAM2 Laser Scanner

Ricostruzione di fossili di dinosauro con il CAM2 Laser Scanner

Paleontologi del Museo di storia naturale Sam Noble Oklahoma stanno lavorando alla ricostruzione dell’anatomia delle ossa mancanti di un giovane esemplare di apatosauro. Poiché è stato possibile reperire solo il 15% circa delle ossa del dinosauro, gli scienziati stanno cercando di ricostruire in forma digitale la restante struttura ossea prendendo a modello un esemplare adulto di apatosauro attualmente esposto al museo. La migliore soluzione è quella di applicare la tecnica del reverse engineering all’enorme scheletro dell’animale preistorico.

 

Sfida
Il Museo di storia naturale Sam Noble Oklahoma ospita una delle maggiori collezioni paleontologiche di reperti preistorici. Buona parte dell’attività di ricerca scientifica del museo è condotta dal Center for Shape Engineering and Advanced Manufacturing (SEAM). Il SEAM è un centro al quale collaborano diverse università e coniuga in sé risorse ingegneristiche allo scopo di creare e diffondere innovazione. In qualità di membro del SEAM, l’Università dell’Oklahoma ha lavorato di recente con il Museo di storia naturale Sam Noble Oklahoma a un’applicazione davvero unica nel suo genere.

I paleontologi del museo sono stati incaricati di ricostruire la struttura anatomica di un giovane esemplare di apatosauro. Poiché è stato recuperato solo il 15% delle ossa, il gruppo di scienziati si è trovato a dover riprodurre i resti fossili mancanti. La prassi tradizionale prevede l’uso di argilla con la quale si plasmano a mano dei modelli. Tuttavia l’utilizzo di questo processo richiede moltissimo tempo, spesso è impreciso e altamente irriproducibile.

Come membro del SEAM, l’Università dell’Oklahoma ha assistito i paleontologi del museo fornendo loro una soluzione alternativa. L’obiettivo dell’università era fornire ai paleontologi prototipi individuali per ciascun singolo osso del giovane esemplare di apatosauro in modo tale che gli scienziati potessero poi realizzare il modello da esporre. Il team ha deciso di utilizzare la tecnica del reverse engineering e di applicarla allo scheletro di un apatosauro adulto per poi poter creare in modo proporzionale le ossa mancanti dell’esemplare giovane.

Soluzione
Poiché lo scheletro dell’apatosauro adulto ha un’altezza di circa 9 metri e una lunghezza di circa 16 metri, la riproduzione digitale di circa 300 ossa avrebbe costituito una difficoltà enorme per i metodi tradizionali. Il Dott. Binil Starly e il suo team di studenti dell’Università dell’Oklahoma hanno deciso di affidarsi alla scansione laser per rilevare i dati dal modello adulto in esposizione. Per poterlo fare hanno utilizzato il CAM2 Laser Scanner così da creare una rappresentazione tridimensionale virtuale dell’apatosauro adulto e modificare successivamente il modello creato al fine di ottenere dimensioni anatomiche accettabili per la ricostruzione dei modelli dell’esemplare giovane.

“La scansione laser è utile quale tecnologia digitale abilitante per rappresentare accuratamente l’anatomia degli esseri viventi che hanno popolato la terra nella preistoria”, ha affermato il Dott. Starly. 

Alcune parti del pezzo adulto esposto erano nascoste, in posizioni anguste o difficili da raggiungere. Nonostante i limiti di spazio, il CAM2 Laser Scanner è riuscito a scansionare completamente ossa che sarebbero state altrimenti inaccessibili. La facilità d’uso e la trasportabilità del Laser Scanner CAM2 hanno consentito agli studenti di scansionare l’intero apatosauro adulto con solo poche operazioni.

“Quale studente di ingegneria industriale mi è stato insegnato di cercare sempre i metodi più efficienti ed efficaci per svolgere un lavoro. Il CAM2 Laser Scanner mi ha dimostrato che le nuove tecnologie svolgono un ruolo fondamentale in questo senso”, ha commentato la studentessa Aimee Dilley.

Gli studenti che hanno collaborato al progetto sono stati addestrati in poche ore a usare il CAM2 Laser Scanner e hanno tutti avuto modo di utilizzarlo di persona. Il Laser Scanner invia un raggio laser a infrarossi all’oggetto da scansionare: l’oggetto riflette il fascio di raggi infrarossi rimandandolo al Laser Scanner. Il Laser Scanner rileva circa un milione di punti al secondo e da tali punti crea una nuvola di punti virtuale. Usando le nuvole di punti possono essere creati, dimensionati e modificati modelli digitali 3D in base alle esatte dimensioni richieste.

Data la delicatezza con la quale si devono maneggiare i reperti fossili, la scansione laser si è rivelata di importanza inestimabile per il museo. Non essendo intrusivo il CAM2 Laser Scanner è risultato ideale lavorando con oggetti fragili come i fossili. I reperti di dinosauro sono inoltre potuti rimanere esposti durante le operazioni di scansione, senza che ciò ne mettesse a rischio l’integrità.

Ritorno dell’investimento
La scansione laser dell’esemplare adulto di apatosauro ha richiesto in tutto solo 9 scansioni. Completata la fase di scansione, i modelli virtuali dello scheletro adulto sono stati poi modificati per corrispondere anatomicamente allo scheletro del giovane apatosauro. Gli ingegneri dell’Università dell’Oklahoma e i paleontologi del Museo Sam Noble hanno lavorato a stretto contatto per assicurare una quantificazione accurata dei dati affinché gli stampi per la produzione dei modelli fossero ben proporzionati e potessero essere stampati utilizzando una stampante 3D.

CAM2 SCENE, il software di elaborazione delle scansioni laser, ha registrato automaticamente tutte e 9 le scansioni e ha consentito agli ingegneri di eseguire semplici misurazioni.

Secondo le parole di Kyle Davies, paleontologo del Museo Sam Noble, l’applicazione del metodo tradizionale alla ricostruzione di una vertebra della coda del dinosauro aveva richiesto un’intera giornata. Usando i nuovi metodi di scansione laser, la ricostruzione della stessa vertebra richiede solo 15-30 minuti. Ciò si traduce in un risparmio di tempo del 93-96% a vertebra. Il maggiore vantaggio in termini di tempo deriva dalla capacità di riprodurre le grandi ossa dei dinosauri dal lato sinistro a quello destro dello scheletro.

Molte delle persone che hanno collaborato alla ricostruzione in passato sono volontari. Per questo progetto, una volta che le ossa sono state sottoposte a reverse engineering, anche volontari meno esperti sono stati in grado di ricostruire i modelli dei reperti fossili in minor tempo. Ciò ha fatto risparmiare al museo tempo e denaro.

Uno degli ingegneri, Jacob Ferguson, ha osservato: “Grazie al CAM2 Laser Scanner siamo riusciti a portare a termine il nostro progetto in modo efficiente”.

I paleontologi sono rimasti profondamente colpiti dalla tecnologia CAM2. Per i progetti futuri sono ansiosi di vedere in che modo la tecnologia di reverse engineering supportata dal Laser Scanner CAM2 potrà essere utilizzata per altre applicazioni nel loro campo.

 

Sam Noble Oklahoma Museum of Natural History
Il Sam Noble Oklahoma Museum of Natural History è un museo di storia naturale situato a Norman, in Oklahoma ed è gestito dalla University of Oklahoma. È attualmente ospitato in un edificio in Chautauqua Avenue. Il museo annovera una esposizione sui nativi americani e le collezioni di fossili e scheletri di dinosauri. Il museo dispone di sette sale espositive e di una stanza interattiva dedicata alle scoperte. Con numerose raccolte e oltre 6.000.000 articoli, il Sam Noble è uno dei più grandi musei universitari di storia naturale al mondo.
Maggiori informazioni:
www.snomnh.ou.edu

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