Digitalizzare la frontiera della ricerca: Scansione 3D per i siti di scavo degli ominidi in Kenya

Il Team Arte ci porta al lago Turkmena in Kenya per lavorare insieme ai paleontologi famosi in tutto il mondo a digitalizzare in 3D i resti fossili di animali e ominidi preistorici.

Il Turkmena Sabin Istitute (TBI) conduce delle ricerche sui nostri antenati ominidi e sull'ambiente circostante vicino al lago Turkmena in Kenya. I resti che gli antropologi riportano alla luce sono una vasta fonte di informazioni sulla vita di milioni di anni fa. Esaminandoli, gli scienziati riescono a ricostruire la storia complessa del nostro pianeta e a demistificare la natura delle forme di vita che una volta popolavano la terra.

Spiega Louise Leakey dell'istituto TBI: “Ovviamente gli ominidi, antenati dell'uomo rappresentano l'1% di tutti i diversi fossili che troviamo. Spesso raccogliamo maiali, cavalli, elefanti, roditori e ogni tipo di altre cose che coesistevano con i nostri antenati umani. Per anni TBI ha portato alla luce, studiato, preservato questi oggetti vari, aggiungendo immensamente alla collezione del Museo Nazionale del Kenya.

All'interno della struttura di ricerca del TBI.

Nel frattempo, mentre localizzano sempre più fossili, TBI continua ada affrontare sfide nei loro sforzi per preservare, registrare e pubblicizzare sia nuovi e sia vecchi ritrovamenti. La maggior parte delle tecniche di preservazione tende a restare a corto di ciò che gli scienziati e i ricercatori richiedono per registrare adeguatamente i dati grezzi. Ad esempio, l'utilizzo della fotografia per misurare le distanze tra oggetti per creare modelli tridimensionali è suscettibile a produrre immagini sbiadite  della morfologia ossea. Invece gli scanner 3D riescono a catturare immagini ad alta risoluzione, generando dati visivi di alta qualità.

Nell'agosto del 2014, il duo esperto di scansione Artec, Denis Baev e Francisco Correa, sono arrivati  presso le infrastrutture del TBI a Koobi Fora, a nord di Nairobi. Là hanno dato una prima occhiata ai fossili della regione e hanno appreso delle sfide TBI come conservazionisti. Denis e Francisco hanno portato dietro due punte di diamante della Artec: Eva e Spider, degli scanner 3D potenti, portatili e ad alta risoluzione.

Come gli altri compagni del TBI, Denis e Francisco hanno iniziato la loro giornata proprio all'alba. La  prima tratta del loro viaggio li ha portati al Parco Nazionale Sibiloi, un'area nota per contenere una raccolta di fossili di "giganti preistorici". Circa due milioni di anni fa, delle tartarughe giganti, coccodrilli ed elefanti si aggiravano su questo lembo di terra.

Il viaggio al primo cantiere di scavo durò  parecchie ore tormentate - nessuna strada, solo tracciati da seguire. E là Denis e Francisco arrivarono faccia a faccia con uno dei predatori giganti preistorici, beh, solo con un pezzo fossilizzato di esso.

In precedenza Louise aveva istruito Team Artec su come individuare i fossili per riconoscere colore, texture e modello. E dopo una po' di adeguamenti con il modo in cui Denis e Francisco stavano rilevando l'area, diventò chiaro che i  fossili stanno qua, là, praticamente dovunque!

Fossili presso il Parco Nazionale Sibiloi.

Dopo trenta minuti, essi hanno cercato di individuare un enorme teschio di fossili di coccodrillo appoggiato su rocce. Andando indietro di quasi due milioni si anni fa, questa specie preistorica probabilmente si dilettavano di ignari mammiferi. L'enorme mandibola indica un'alimentazione basata su carne dura, fibrosa.

Quando il team è arrivato, l'antico teschio sembrava cambiato. Erano trascorsi sette anni da quando Louise aveva visitato il sito per l'ultima volta. A differenza di altre scoperte, questo teschio non aveva pareti costruite intorno per proteggerlo dal tempo atmosferico. Ancora, nessuna condizione meteorologica potrebbe aver buttato e girato questo frammento di dieci libbre di storia; qualcuno l'aveva evidentemente disgregato e il danno era tristemente irreversibile. Ciononostante ci siamo preparati per sottoporre a scansione ciò che restava del teschio con Eva.

Utilizzare Artec Eva per sottoporre a scansione i resti di un coccodrillo preistorico.

A poca distanza dal teschio c'era un edificio nel quale era contenuto uno scheletro completo di un altro coccodrillo. Denis ha immediatamente catturato in 3D questa eccezionale scoperta. Egli utilizzava Eva per scansionare tutto lo scheletro e poi il nostro Spider per scansionare parti più piccole, più dettagliate del corpo. Ci volle solo una breve sessione di venti  minuti per digitalizzare il coccodrillo preistorico - una mera frazione del tempo che avevamo speso soltanto per cercare di arrivare al cantiere di scavo!

Denis pronto e in scansione con Artec Eva.

Il risultato - un'immagine 3D del coccodrillo fossilizzato.

Dopo avere sottoposto a scansione i coccodrilli, Denis andò a scattare un'immagine digitale di una testuggine gigante. Egli si è tenuto il giorno seguente per  l'enorme Elephas recki, un elefante gigante simile, ma non significativamente più grande del moderno Elephas maximus (elefante asiatico).

Mentre la dimensione dei fossili rende lo spostamento difficile, essi sono semplici da scansionare in cantiere grazie alle soluzioni di realizzazione immagini 3D di Artec.

Resti fossilizzati sono una miniera d'oro per gli scienziati. Ma diversamente dal metallo prezioso, che può essere estratto con relativa semplicità, queste strutture scheletriche giganti sono semplicemente troppo grandi e fragili da spostare. Inoltre, i fossili lasciati al loro sito di scoperta rivelano molto di più agli scienziati che investigano sia gli oggetti e sia le zone circostanti. Effettivamente tenere i fossili dove questi sono stati esumati genera dati contestuali di valore che richiedono esperti in una varietà di discipline per estrarre e capire. Ecco perché i ricercatori TBI hanno necessità di collaborare strettamente con geologi e genetisti, tra le altre figure.

Ma per permettere la collaborazione interdisciplinare, è necessario che  siano accessibili i dati selezionati da siti situati in zone remote come il lago Turkana. Grazie ai progressi nell'imaging digitale 3D, nel condividere e preservare la ricerca, le scoperte sono diventate pratiche giornaliere per gli scienziati di punta.

Ad esempio, Louise e il suo team utilizzano Eva e Spider di Artec praticamente ogni giorno. A volte persino dimostrano gli scanner di Artec a ricercatori in visita, che successivamente decidono di averne bisogno per il loro lavoro sul campo. Attualmente, essi stanno utilizzando gli scanner Artec per scansionare in 3D i pezzi di fossili che si trovano nella collezione museale.

Gli sforzi di preservazione TBI assomigliano a quelli del GoogleArt Project per digitalizzare i manufatti. Il Google Art Project è iniziato nel 2011 e funge da portale virtuale all'interno delle gallerie dei musei che vi partecipano. Mostra immagini ad alta risoluzione di  alcuni dei beni più apprezzati del mondo dell'arte, compresa Artec Eva nei suoi sforzi per fare ciò.

Resti scavati che devono ancora essere sottoposti a scansione 3D.

I ricercatori FBI credono che tutti dovrebbero avere un facile accesso  alle informazioni che hanno accumulato nel corso degli anni di ritrovamenti e catalogazione vicino al Lago Turkana. Sfortunatamente, catalogando in forma digitale 3D - lasciando da parte quelli complessi, dettagliati e testurizzati come i frammenti di teschio e di denti - era tecnologicamente difficile ed eccessivamente costoso fino a poco tempo fa. Nella nostra intervista con Leakey, lei ha condiviso la sua esperienza con l'utilizzo di diverse tecniche per catturare le immagini digitali: "So che gli scanner che utilizzavamo prima e ovviamente con la fotogrammetria, è... ci sono così tanti dettagli e quanta precisione da catturare da ciò. I vostri scanner portatili Artec sono effettivamente molto rapidi nella cattura e vi permettono di fare molto di più di quanto potreste avere fatto anche solo un paio di anni fa.

Un teschio di 1,9 milioni di anni fa di H. habilis che è stato scansionato 3D con Artec Spider.

Artec Spider 3D ha catturato i dettagli e la texture di questa mandibola di Paranthropus boisei.

Gli scanner 3D di Artec aiutano a portare gli spettatori faccia a faccia con la vita antica.  Le capacità di cattura ad alta risoluzione hanno come risultato delle repliche digitali come quelle favolosamente reali che possono essere immagazzinate, visualizzate online oppure stampate 3D. Inoltre, offrono ai loro utenti velocità, flessibilità, portabilità e facilità di uso. Leakey è d'accordo: "Essere in grado di avere una replica di fossili su un computer ed essere in grado di guardarli. Non siamo mai stati in grado di farlo. E' stato un enorme balzo in avanti  essere in grado di catturare così tanto dettaglio. Ora siamo in grado di scansionare praticamente dovunque. Idealmente, se fossimo in grado di scansionare, cosa che  possiamo fare ora, quando troviamo qualcosa in superficie, mentre scaviamo, possiamo effettivamente ottenere dettagli giorno per giorno ed ora dopo ora. Si potrebbe effettivamente documentare l'intero processo." E con il pacco batterie senza rivali, che dura a lungo, la documentazione sul sito lontano da fonti di energia per periodi di tempo estesi è diventata una possibilità concreta.

Solo trenta minuti per scansione e post-elaborazione continua con l'algoritmo si autoallineamento di Artec.

L'ambito di ricerca, oltre al campo stesso, è stato tradizionalmente confinato agli spazi museali e a laboratori selezione in tutto il mondo. Questo ha tenuto gli oggetti fossilizzati in relativo isolamento dal pubblico. La collezione notevole di TBI non è stata eccezione fino a poco tempo fa.  I pezzi di museo e di laboratorio raramente viaggiano, ma una volta che vengono rimodellati a livello digitale possono essere replicati all'infinito e distribuiti in tutto il mondo semplicemente cliccando un pulsante. In questo filone, la scansione 3D ha spianato la strada fuori dai chiostri di musei e laboratori e ha presentato le scoperte di ricerca al mondo dei media digitali.

Guscio di tartaruga gigante con rendering 3D con misurazione e annotazione.

Infatti, è questo che ha ispirato Louise a lanciare African Fossils, un sito web che virtualizza l'esperienza di laboratorio al TBI. Utilizzando un abbinamento di strumenti di cattura 3D, compresi gli scanner 3D Artec, lei ora porta le scoperte di ricerca del TBI a casa e nei laboratori in tutto il mondo.

Questo tipo di tecnologia apre nuove strade per la conversione della storia dell'uomo. Durante un'intervista con Artec, Louise afferma: "E così ho sentito che noi davvero avevamo una possibilità ora, se iniziassimo non solo a scansionare i fossili come una registrazione digitale delle collezioni che sono tenute in  queste stazioni più remote, ma a permettere dovunque alla gente  nel mondo di esplorare e guardare loro con maggior dettaglio." Abbinate il potere del trattamento delle immagini degli scanner Artec e la portata illimitata di Internet e le distanze geografiche che soffocano il dialogo scientifico virtualmente scompaiono!