Documentare in 3D le impronte sulle scene del crimine in pochi minuti, senza alcun contatto

Oltre al DNA, due tipi comuni di prove che possono collegare un sospettato a una scena del crimine sono le impronte digitali e le impronte di piede. Con il diffondersi di serie tv poliziesche e documentari sul mondo delle indagini forensi, molti criminali sono diventati più prudenti, nascondendo il viso con maschere e utilizzando guanti per evitare di lasciare impronte digitali.

Ciononostante, è estremamente raro che un criminale copra o addirittura tenti di modificare le proprie scarpe. Per questo, praticamente ogni scena del crimine è piena di impronte che possono fungere da prova e collegare un sospettato al crimine commesso.

Se documentate e raccolte correttamente, tali prove possono offrire una ricchezza di dettagli che va ben oltre l'identificazione del sospetto. Si potrebbe scoprire il tipo di scarpa, la marca, le dimensioni e il modello specifico, il numero di sospetti sulla scena, i loro percorsi per arrivare, attraversare e allontanarsi dall'area e persino la sequenza di eventi che hanno avuto luogo.

Dalla raccolta al confronto

Una volta raccolta un'impronta, completa o parziale, può essere confrontata con migliaia di scarpe di riferimento tramite database come Sicar, National Footwear Reference Collection (NFRC), EverASM e SoleMate FPX.

Trovata una corrispondenza, gli investigatori vedranno tutti i dettagli di quel tipo di calzature, aggiunti durante la produzione, come eventuali loghi, disegni, motivo della suola, ecc.

D'altra parte, i dettagli noti come "individuali" o "acquisiti casualmente" della scarpa non potranno essere trovati in nessuno dei database citati in precedenza, poiché sono il risultato di usura o modifiche accidentali. Questi dettagli possono far distinguere ogni scarpa da tutte le altre.

Si tratta di solito di graffi, incisioni, tagli, fori, abrasioni, sassolini e altro materiale incastrato nella suola, ecc. Queste combinazioni di dettagli sono fondamentali per ricollegare una specifica scarpa a un'orma trovata su una scena del crimine, dato che la possibilità che un'altra scarpa abbia uno o più degli stessi dettagli nelle stesse posizioni è microscopica.

Specialista forense di calzature che confronta la foto di un'impronta con la scarpa

Secondo l'FBI, la superficie della suola di una scarpa di misura 40 è di circa 16.000 millimetri quadrati. Quindi, anche un dettaglio casuale di appena 1 mm di dimensione, che sia un taglio, un sassolino o un graffio, ha una possibilità su 16.000 di presentarsi su un'altra scarpa nella stessa posizione.

Per non parlare poi della dimensione della scarpa e la forma della suola, così come l'orientamento, la forma o le dimensioni di quel dettaglio, tutti elementi che, se presi in considerazione, andranno a semplificare di molto la ricerca.

Basti pensare che la possibilità di trovare due o tre dettagli accidentali nella stessa posizioni su due diverse scarpe sono persino minori: per due, è uno su 127.992.000, e per tre, è una microscopica possibilità di uno su 683 miliardi.

Dall'impronta alla scarpa al sospetto

Per vedere come queste impronte vengono utilizzate in una vera indagine scientifica, presupponiamo che un esperto di calzature, utilizzando un database, determini che il sospettato di un omicidio indossasse un paio di Nike Air Jordan XXXVIS taglia 44.

L'esperto può restringere la ricerca fino a trovare chi indossava quella scarpa, ma un'identificazione sarà possibile solo una volta collegata l'impronta della scarpa ritrovata sulla scena del crimine alla scarpa vera e propria attraverso i dettagli individuali corrispondenti, la cosiddetta "impronta digitale" della scarpa.

Sfortunatamente, per quanto possano essere cruciali per un'indagine, le impronte di scarpe sono tra le prove più fragili che si ritrovano sulla scena del crimine o nelle sue vicinanze. Devono essere quindi documentate e raccolte immediatamente, soprattutto se si trovano all'esterno e sono vulnerabili alle intemperie, per non parlare del rischio di contaminazione da parte di soccorritori e passanti.

Fotografia forense & calchi: i metodi di raccolta e documentazione tradizionali

Nel corso degli anni, la procedura per documentare le impronte scattando fotografie a colori di qualità forense si è evoluta risultando nella seguente procedura: la fotocamera deve essere posizionata con cura su un cavalletto con il piano della pellicola parallelo all'impronta, in modo che ogni fotografia includa una scala rigida sullo stesso piano del fondo dell'impronta.

Durante la fase di raccolta, le impronte a due dimensioni (latenti) impresse su superfici dure e piane richiedevano un sollevamento di tipo elettrostatico, adesivo o gelatinoso.

Impronte a due dimensioni pronte per la documentazione forense

Le impronte 3D, invece, realizzate in substrati più morbidi e irregolari come sabbia o terra, a causa delle loro caratteristiche di profondità richiedevano calchi a base di silicone o gesso. Quest'ultimo resta da decenni il materiale più utilizzato.

Le difficoltà nel realizzare un calco forense di impronta

Un grave inconveniente del metodo del calco è il suo essere un processo distruttivo a contatto, con la possibilità che l'impronta originale venga danneggiata e non sia più valida come prova.

Non appena il materiale del calco è mescolato e pronto, deve essere versato uniformemente nell'impronta alla giusta velocità. In caso contrario, l'impatto verso il basso del materiale potrebbe facilmente rovinare l'impronta prima di avere la possibilità di indurirsi. Questo processo dipende molto dall'abilità del tecnico forense.

Altri problemi possono sorgere con rapporti di miscelazione errati o alla formazione di bolle nel materiale di miscelazione, che possono danneggiare il calco e renderlo inutile da un punto di vista investigativo.

Un altro problema di questo approccio è che il gesso spesso raccoglie rocce, pietre, sporcizia, erba, ramoscelli e altri pezzi di detriti, inglobandoli nel calco. Tuttavia, prima che tali materiali possano essere prelevati dal calco, il gesso deve prima indurirsi completamente, altrimenti il calco potrebbe risultarne danneggiato.

Impronta di scarpa in 3D (gesso) in una scena del crimine

Mentre si trova ancora sulla scena, il calco impiegherà da 45 minuti a un'ora per solidificarsi. Solo allora potrà essere prelevato e conservato in modo sicuro per le 24-48 ore successive, necessarie per farlo indurire completamente e pulirlo dai detriti, se necessario.

Quando si presenta la necessità di raccogliere impronte 3D di scarpe nella neve è necessario un diverso percorso, dato che i calchi in gesso, asciugandosi, rilasciano calore sufficiente a sciogliere la neve.

Per evitare questo inconveniente si può spruzzare sulle impronte nella neve un prodotto come lo spray Snow Print Wax®, facendo attenzione a non spruzzare troppo da vicino o applicarne troppo, poiché ciò comporterebbe la modifica della forma dell'impronta originale. Una volta che lo spray si è asciugato, il materiale del calco può essere versato con cautela nell'impronta.

Impronta di scarpa nella neve

Solo quando i calchi sono completamente asciutti possono essere maneggiati e utilizzati per l'indagine. Dato che dovranno essere conservati come prove, sia prima del processo che forse anche dopo, sarà necessario tenere conto delle loro dimensioni e del loro peso, in particolare dal momento che sono anche inclini alla rottura se lasciati cadere o trattati con poca cura.

Una raccolta delle prove facile, veloce e non distruttiva con la scansione 3D

Oltre un secolo fa, quando il padre della scienza forense, Edmond Locard, annunciò al mondo che "ogni contatto lascia una traccia", forse si riferiva anche ai metodi di raccolta delle prove e a come, senza eccezioni, possono alterare se non addirittura distruggere le prove stesse.

Al giorno d’oggi sempre più forze dell'ordine e investigatori utilizzano gli scanner 3D per documentare e raccogliere prove, comprese le impronte di scarpe. Gli scanner 3D sono per loro natura senza contatto e non distruttivi, il che li rende una scelta ideale per questo particolare compito, poiché permettono di svolgere la scansione in modo semplice e sicuro, senza alcun rischio di danni alle prove.

A differenza delle ore di attesa necessarie prima che i calchi delle impronte si asciughino, i modelli 3D risultanti dagli scanner sono pronti pochi minuti dopo la cattura, anche sulla scena del crimine stessa. Possono essere subito condivisi con altri investigatori, tecnici e agenzie, in tutta la città, lo stato o oltre.

Alcuni scanner 3D possono essere utilizzati anche per catturare impronte di scarpe nella neve, come dimostrano i seguenti due screenshot realizzati in Inghilterra di alcune impronte di stivali nella neve catturate con una scansione di appena un minuto (immagini per gentile concessione del partner certificato Artec Gold Patrick Thorn).

Schermata di Artec Studio che mostra le scansioni di Leo di impronte nella neve. Foto: Patrick Thorn

Come spiegato in precedenza, anche utilizzando speciali spray per proteggere la neve dai danni durante il processo di calco, molte squadre forensi non hanno accesso a questi strumenti o semplicemente non hanno il tempo e le risorse per aspettare che si concluda il processo di calco che, ricordiamo, dura dalle da 24 alle 48 ore.

Una schermata di Artec Studio che mostra le scansioni di Leo (texture rimossa) delle impronte di scarpe sulla neve. Foto: Patrick Thorn

Prove schiaccianti: scansione 3D vs. fotogrammetria e calco

Recentemente è stato condotto uno studio di ricerca forense per capire se le soluzioni di scansione 3D possono sostituire il calco in gesso di impronte di scarpe, e anche per confrontarla con la moderna fotogrammetria digitale.

Lo studio, Recovery of Footwear Impression Evidence Using Portable 3D Scanning Technologies, è stato condotto dalla ricercatrice forense e studentessa dell'Ontario Tech University Julia Harvey nell'ambito del suo corso di laurea in Scienze forensi accreditato FEPAC, Bachelor' s Honors Research Thesis.

Harvey ha raggiunto gli obiettivi della sua ricerca in collaborazione con Eugene Liscio (ingegnere professionista di ai2-3D Forensics), Theresa Stotesbury (PhD, Ontario Tech University) e le locali agenzie di polizia. Al centro dello studio c'era Artec Space Spider, uno scanner 3D portatile professionale che, insieme al software Artec Studio, è stato uno dei preferiti dai professionisti della medicina legale, paleontologia, medicina e altri campi per molti anni.

La ricercatrice di scienza forense Julia Harvey utilizza Artec Space Spider per registrare in 3D un'impronta di scarpe. Foto: Eugene Liscio, ingegnere professionista, ai2-3D Forensics

Space Spider cattura fino a un milione di punti dati al secondo, con una precisione di 0,05 mm (la larghezza di un capello umano), dando agli utenti la possibilità di scansionare anche le impronte di calzature più complesse in meno di un minuto, senza bisogno di target o marcatori.

Lo studio prosegue, impronta dopo impronta

Al centro del suo flusso di lavoro, Harvey ha creato quattro impronte di scarpe separate (utilizzando uno stivale e una sneaker) in due diversi substrati (terra e sabbia) ed ha eseguito calcoli della distanza in CloudCompare per determinare l'accuratezza dei modelli 3D risultanti dalle scansioni Space Spider rispetto ai modelli 3D realizzati utilizzando la fotogrammetria. Per catturare le impressioni tramite la fotogrammetria è stata utilizzata una reflex digitale Nikon 24.1 MP D7100.

Le prove 3D prendono vita: la ricercatrice forense Julia Harvey documenta un'impressione di calzature 3D con Artec Space Spider. Foto: Eugene Liscio, ingegnere professionista, ai2-3D Forensics

I risultati dello studio hanno dimostrato che i calcoli della distanza tra le nuvole di punti Artec Space Spider e i modelli 3D di base ad alta risoluzione realizzati tramite uno scanner 3D montato su treppiede hanno mostrato che il 97% dei punti aveva una distanza assoluta di 0,492 mm o meno. Gli stessi calcoli per la fotogrammetria e i modelli 3D di base hanno portato il 97% dei punti ad avere una distanza assoluta di 0,512 mm o meno.

Confronto della mappa di calore che mostra la precisione superiore di Space Spider (in alto) rispetto alla fotogrammetria (in basso) per documentare in 3D le impronte delle scarpe. Foto: Eugene Liscio, ingegnere professionista, ai2-3D Forensics

"Come dimostrano i risultati del nostro studio, quando ci si trova a raccogliere prove di impronte di scarpe sulle scene del crimine, andrebbe contemplata la possibilità di sostituire i calchi in gesso all'utilizzo di uno scanner 3D come Artec Spider. I risultati sono simili alla fotografia 2D, con l'ulteriore vantaggio di poter visualizzare tutti i dettagli di un'impronta da vicino, da ogni possibile angolazione," ha affermato Harvey.

Però, un semplice scanner 3D potrebbe non essere sufficiente. In genere, gli scanner 3D professionali hanno una precisione molto più elevata e livelli di rumore inferiori rispetto ad altre soluzioni più economiche. La ricerca di Harvey mostra che se una scansione presenta troppo rumore l'impronta dovrà essere nuovamente scansionata, andando ad aumentare esponenzialmente il tempo necessario per il suo recupero.

Schermata di Artec Studio che mostra la scansione di Space Spider di un'impronta di stivale. Foto: Eugene Liscio, ingegnere professionista, ai2-3D Forensics

Inoltre, le impronte impresse in vari substrati, come terra bagnata, fango, ecc., possono essere difficili da catturare per molti scanner 3D a causa di diversi elementi, tra cui la loro eccessiva riflettività, quindi questi scenari dovrebbero venire testati prima dell'effettivo utilizzo dello scanner sulla scena del crimine, per confermare che il dispositivo scelto sia in grado di catturare l'intera impronta comprese tutte le caratteristiche cruciali individuali e di piccole dimensioni.

Schermata di Artec Studio che mostra la scansione di Space Spider (texture rimossa) di un'impronta di stivale. Foto: Eugene Liscio, ingegnere professionista, ai2-3D Forensics

Oltre all'accuratezza della scansione 3D rispetto alla fotogrammetria, gli specialisti e le agenzie forensi beneficiano di diversi altri suoi aspetti, tra cui i seguenti:

• la velocità di cattura (meno di un minuto per impronta);
• la capacità di effettuare analisi mentre si è ancora sulla scena del crimine (calcolo della distanza tra i dettagli della suola e i dettagli individuali);
• archiviare e condividere facilmente i dati 3D tra reparti e agenzie;
• la capacità di stampare in 3D repliche realistiche per scopi giudiziari o investigativi.

Modelli in scala stampati in 3D di impronte forensi di scarpe, a scopo dimostrativo. Foto: Eugene Liscio, ingegnere professionista, ai2-3D Forensics

Harvey vorrebbe che la futura ricerca considerasse la raccolta 3D di impronte incomplete, oltre alle impronte impresse in diversi substrati o in diverse condizioni meteorologiche. I confronti 3D di calzature note con impronte sconosciute potrebbero essere utili anche alle forze dell'ordine.

"Oltre a catturare le impronte di scarpe sulle scene del crimine, gli scanner 3D professionali possono fare molto di più, documentando modelli di macchie di sangue, fori di proiettile, corpi umani e resti, nonché armi, strumenti e altri oggetti, e l'intero spazio intorno ad essi. Credo che stiamo solo iniziando a scoprire quello che la scansione 3D può fare nella medicina legale e in campi analoghi", ha detto Harvey.