Escaneando en 3D en condiciones extremas en el desierto africano: la exitosa historia de una principiante

Una estudiante de paleontología con conocimiento básico en escaneo 3D se aventuró a una expedición en un sitio de excavación en Kenia para digitalizar hallazgos descubiertos por paleontólogos reconocidos a nivel mundial.

La Cuenca del Lago Turkana en el norte de Kenia es una legendaria región con numerosos sitios paleontológicos y arqueológicos en donde muchos descubrimientos revolucionarios han sido hechos por la familia Leakey y su equipo, quienes han estado trabajando allí desde mediados del siglo XX.  Algunos de los más famosos hallazgos son el Niño de Turkana, un completo esqueleto de Homo erectus, un niño de 10 años de unos 1,5 a 1,6 millones de años, y un Homo habilis, un antiguo representante de la raza humana, del género Homo, el cual se cree que estaba empleado herramientas hace 2 millones de años.  De hecho, fueron los Leakeys quienes le dieron a este homínido el nombre Homo habilis, un “hombre hábil”, el cual es conocido alrededor del mundo.

Creando una réplica digital de una muestra con el Space Spider de Artec en el Instituto de la Cuenca Turkana (Turkana Basin Institute)

Luego de décadas de trabajo en el Lago Turkana, los Leakeys establecieron el Turkana Basin Institute (TBI), el cual facilita nueva tecnología en esta región.  En el verano de 2014 TBI adquirió un Eva de Artec, un preciso escáner 3D para objetos grandes, y un Artec Spider, un escáner 3D HD para objetos más pequeños, y recibieron una capacitación del miembro de Artec, Denis Baev.  El equipo, liderado por Louise Leakey, ha estado digitalizando muestras fosilizadas de la extensa colección de TBI.

Inmueble de TBI

Un Cuarto de almacenamiento en TBI

Huesos de la colección de TBI

Louise Leakey con sus colegas

TBI le da la bienvenida a investigadores que ayudan con el sitio de excavación en el laboratorio, escaneando huesos de animales prehistóricos y homínidos.  Uno de estos investigadores es Natalya Prilepskaya, un estudiante de maestría en la Universidad Estatal de Moscú, quien fue al Lago Turkana para escanear fósiles con la ayuda de los escáneres de Artec,  Eva y Space Spider.

Natalya Prilepskaya, a la izquierda, con Louise Leakey

Natalya ha aceptado gustosamente compartir su impresión con nosotros:

“MI misión en TBI era escanear muestras paleontólogas con el Space Spider y Eva de Artec.  El problema era que no había tenido tiempo para aprender cómo escanear en 3D.  De hecho, sólo tuve unos pocos días de teoría y práctica antes de mi viaje.  Quisiera dar las gracias a Olga Skorvstsova, Denis Baev, Yaroslava Laptiniskaya, y mi esposo, Serguey Sukhovey, por el invaluable conocimiento que adquiría con muy poco tiempo.

En TBI el reto era sacarle el mayor partido a mis habilidades.  No fue una tarea fácil, pero nada es imposible.

Natalya en un depósito de fósiles de TBI

La mayoría de mi experiencia se refirió a las condiciones en campo.  El escaneo 3D  se parece a trabajar con la mesa giratoria de un alfarero, lo cual fue bueno ya que siempre he disfrutado trabajar con cerámica.  El escáner no sólo recolectaba información acerca del objeto – también lo “tocó y sintió”.  El resultado que se obtenía era una forma 3D real, tal y como si hubiera sido hecha de arcilla.

Natalya usando el Space Spider para escanear una muestra

Pero para realmente obtener un modelo en 3D primero tuve que aprender a operar el escáner para no perder el seguimiento.  Para ello fue necesario mantener mis ojos en la pantalla y no en el objeto.  Así que tuve que ajustarme a trabajar de esa manera.  Cuando miraba el objeto, mi mano usualmente hacía un movimiento equivocado y el área escaneada desaparecía del campo verde [en Artec Studio].

La velocidad también fue importante durante el escaneo.  Con el Space Spider se debe ir bien despacio y con calma, sin hacer movimientos repentinos.  Es un poco diferente cuando se hace una escaneo rápido con Eva.  Para escanear con Space Spider, una mesa rotadora vendría bien, pero no tenemos ninguna en TBI.

Otra cosa que debía aprender fue detener el escáner una vez éste ha recolectado suficiente información.  Algunas veces yo hacía repeticiones innecesarias y me remitía nuevamente a un área.  Como consecuencia, el proyecto terminaba siendo muy grande y el procesamiento tomaba demasiado tiempo, ya que había exceso de información.

Durante mi primer día trabajando en TBI tuve mi primera muestra paleontológica para ser escaneada – el cráneo de un babuino (Papio Anubis) de 1,8 millones de años.  Tuve suerte de trabajar junto con Timothy Gichunge y Robert Ngechu, miembros del equipo del instituto, de quienes aprendí bastante.  Fue muy conveniente trabajar en el mismo laboratorio ya que solicitaba consejos de parte de ellos.

Trabajo en equipo en un sitio de excavación

La pedí a Timothy una master class para ver cómo escaneaba.  ¡Esto resultó ser una gran idea!  Fue muy útil, no sólo escanear por mí misma, sino ver a un profesional hacerlo.  Timothy movía el Spider alrededor de un objeto de manera muy delicada, sin hacer ni un movimiento equivocado – minimalismo suficiente.  Y el resultado de su proyecto final era fenomenal.  Yo quería aprender a escanear así de hábilmente.

Timothy encontró un simple substituto para la mesa rotadora – dispuso los objetos más pequeños en el bolsillo de un archivador y los rotaba, sosteniendo el borde del bolsillo.  Fue realmente una maravillosa solución dada la transparencia del material: Space Spider no veía el fondo transparente y por lo tanto, no lo escaneaba.  Esto redujo el tiempo que se empleó limpiando del modelo los datos no deseados y removiendo la mesa.

Usando una plataforma improvisada para escanear una muestra

Luego de algunas sesiones de entrenamiento, empecé a perfeccionar mis habilidades.  Algunas veces le pedía a Timothy y a Robert que me vieran escanear para que me corrigieran si lo hacía mal.  ¡Fue muy provechoso!

Natalya escaneando una muestra

Fue bueno que poder enseñarle a Timothy un truco que mi esposo Serguey me había enseñado.  Cuando se escanean cornamentas curvilíneas de un antílope, Space Spider puede perder el seguimiento en la punta, ya que son muy delgadas y están “suspendidas” en el aire.  Si se pone un pedazo de papel con texto o imágenes en la punta de la cornamenta, el escáner lo tomará como un ancla y mantendrá el seguimiento.  Cuando se edita el proyecto, se elimina el papel.

Cráneo de un antílope con cornamenta

El clima también jugó un papel en mi aprendizaje.  El sitio era muy caliente.  Aunque el cuarto en el que yo escaneaba era ventilado, los computadores portátiles a veces se recalentaban.  Para hacerlos trabajar por más tiempo, los poníamos en recipientes plásticos con hielo y remplazábamos el hielo que se había derretido.

En día bien caliente en un sitio de excavación

Otro factor para considerar fue el fuerte viento.  Siempre soplaba y traía grandes cantidades de polvo y arena, las cuales entraban por cualquier hueco o ranura a nuestro hardware.  La doctora Meave Leakey usa un protector transparente para cubrir el portátil y protegerlo.

Tuve mucha suerte de no tener casi insectos mientras trabajaba.  Usualmente en esta época del año hay hordas de insectos en el área, haciendo imposible el trabajo en las tardes, cuando son atraídos al brillo de la pantalla en la oscuridad.  Este problema es resuelto al usar un software que cambia el color de la pantalla.  Para los Macs, por ejemplo, es Black Light.

Trabajando en la oscuridad

Durante su estadía en TBI Natalya escaneó un total de siete cráneos de mamíferos que habitaron en el área del Lago Turkana durante el Pleistoceno – Holoceno (2,6 millones de años atrás).  Los modelos 3D terminados fueron dispuestos en la página AfricanFossils.org en la sección de impresiones en dónde cualquier usuario registrado puede descargarlos e imprimirlos, si así lo necesitaren.

La importancia de crear una colección de modelos 3D de homínidos y animales es difícil de sobrestimar.

Primero que nada, la tecnología de escaneo 3D le permite al investigador obtener datos precisos de la geometría de una muestra paleontológica.  Uno puede usar una regla o calibrador para medir las muestras, claro, pero tales medidas no son ni completas ni lo suficientemente precisas.  De igual manera, las fotos o dibujos no siempre reflejan de manera precisa la forma de un objeto.

The importance of creating a collection of 3D models of hominids and animals is hard to overestimate.

La diversidad de cráneos con cornamenta en la colección de TBI

Como segunda medida, el escaneo 3D ayuda a preservar la información acerca de la forma de la muestra.  Inclusive los fósiles que se ven fuertes pueden desintegrarse, especialmente si están expuestos a la luz solar, el viento, la lluvia y las temperaturas fluctuantes del campo.  Y aunque un objeto sea dispuesto en un museo, igualmente puede desintegrarse debido a la humedad, las temperaturas desfavorables y otras condiciones destructivas.

Un factor negativo común que afecta a los fósiles es la enfermedad de pirita, la cual puede causar que los fósiles se pudran y desmoronen.  Esta enfermedad se da en ambientes ricos en oxígeno, con humedad, cambios de temperatura, presión y actividad bacteriana que contribuyan a su desarrollo.

El escaneo 3D preciso permite guardar una imagen 3D precisa de un objeto en su color natural.  El modelo resultante contiene toda la información necesaria acerca del objeto, incluyendo sus medidas, lo cual permite a los investigadores trabajar en el objeto sin tener contacto directo con él.

Los huesos están expuestos al daño al estar expuestos a condiciones adversas

Como tercer punto, la creación de las colecciones de modelos 3D facilita un intercambio más amplio acerca de las muestras: los científicos no tienen que gastar tiempo o dinero en un viaje hasta una excavación o museo para ver una muestra.  Varios laboratorios pueden trabajar conjuntamente, compartiendo datos 3D acerca de la morfología de los especímenes, lo cual aumenta la eficiencia y calidad de la colaboración.

En TBI uno de los más recientes especímenes grandes que fue escaneado es un enorme cráneo de elefante, el cual debía ser estudiado en detalle y era muy difícil de mover o voltear.  “Poder escanear el espécimen y luego usar el detallado modelo ha sido muy emocionante”, dice Louise Leakey.  La muestra fue escaneada con el Eva de Artec y los datos fueron procesados en software para objetos 3D, Artec Studio 11, el cual reduce al mínimo el tiempo requerido para crear un preciso modelo 3D de un objeto.

Timothy escanea un enorme cráneo fosilizado de un elefante con el Eva de Artec

Escaneos 3D del fósil del cráneo de un elefante, capturados con el Eva y Spider de Artec

Finalmente, el escaneo 3D estimula la educación, ya que los modelos 3D son usados comúnmente como ayudas visuales en las aulas.  Los modelos 3D pueden ser estudiados, no sólo en un computador, sino que también pueden ser impresos en una impresora 3D, lo cual es cada vez más común.

El escaneo 3D ha abierto un nuevo capítulo en la paleontología, poniendo una poderosa herramienta en la mano de los investigadores para preservar hallazgos frágiles e invaluables, alcanzar círculos más amplios de colegas para el estudio a mayor profundidad que nunca antes, e inspirar a la generación más joven a alcanzar la búsqueda de respuestas a preguntas fundamentales acerca del origen de la humanidad.