Scansione 3D alle pozze di catrame di La Brea con Artec Space Spider

12.000 anni fa, l'attuale centro di Los Angeles, in California, ospitava enormi depositi di materiali bituminosi (ossia catrame) sotto la sua superficie, per non parlare di quello che si trovava sul fondo di corsi d'acqua e stagni. Quando animali come mammut, bisonti, cavalli, bradipi e cammelli si avventuravano tra i flutti per placare la loro sete, di tanto in tanto restavano bloccati nel catrame estremamente appiccicoso che era emerso in superficie. Bastavano appena 4 cm di catrame liquido per intrappolare un bisonte o persino un mammut.

Scheletro di lupo preistorico rinvenuto nei pozzi di catrame di La Brea

I predatori, tra cui i lupi preistorici (Canus dirus), i gatti dai denti a sciabola (Smilodon fatalis) e i leoni americani (Panthera leo atrox), li osservavano lottare impotenti e si avvicinavano per quello che pensavano sarebbe stato un facile pasto. Così, sia il predatore che la preda si impantanavano nel catrame, destinati entrambi a morire di fame e decomporsi lentamente in superficie, mentre i loro resti sprofondavano col tempo in uno strato di sedimenti saturi di catrame.

Scheletro di gatto dai denti a sciabola nel museo dei pozzi di catrame di La Brea

Il museo dei pozzi di catrame di La Brea ospita una raccolta di fossili che sono stati portati alla luce da quegli stessi depositi di catrame ribollente, da quando gli scienziati hanno iniziato a studiarli nel 1906. Complessivamente, nel corso degli anni nei pozzi di La Brea sono stati scoperti più di 3,5 milioni di esemplari. Questi fossili sono stati datati al radiocarbonio fino a 50.000 anni fa.

Il museo dei pozzi di catrame di La Brea

I pozzi di catrame si sono rivelati un vero e proprio scrigno di tesori per i paleontologi di tutto il mondo, rivelando un numero enorme di esemplari ben conservati. Per fare un esempio, sono stati scoperti i resti di oltre 3.600 lupi preistorici, oltre a decine di migliaia di altri fossili.

Pozzo numero 91 a La Brea Tar Pits

I ricercatori nel corso degli anni hanno condotto numerosi studi sui reperti, tra cui la datazione al radiocarbonio e altre analisi molecolari che forniscono dati sui cambiamenti biotici che possono essere causati da cambiamenti ambientali e dall'impatto umano. La datazione al radiocarbonio consente loro di stabilire una data precisa per queste antiche piante, insetti, uccelli, rettili, anfibi, mammiferi e conchiglie, e sviluppare gradualmente una visione molto più chiara di quale fosse l'ambiente locale migliaia di anni prima che gli umani arrivassero e si stabilissero.

Ciò è cruciale non solo per comprendere il passato, ma anche per aiutare gli scienziati a interpretare più accuratamente i cambiamenti in atto nell'ambiente di oggi, nonché per prevedere meglio cosa potrebbe accadere nei decenni e nei secoli a venire, contribuendo alla pianificazione della conservazione dell'ambiente.

Fossili trovati nel pozzo 91, uno degli oltre 100 pozzi a La Brea

Prima della datazione al radiocarbonio, che è un tipo di test distruttivo, il museo realizzava calchi in gesso dei fossili, in modo da preservare gli originali per lo studio. Anche la fotogrammetria con una fotocamera DSLR veniva brevemente impiegata per ciascun campione, causando lunghi tempi di elaborazione e un'enorme fila di fossili in attesa di catalogazione.

Scaffali di fossili in un deposito presso il Museo dei pozzi di catrame di La Brea

Quindi hanno scoperto dell'uso della scansione 3D, che in paleontologia può accelerare in modo significativo i flussi di lavoro aumentando al tempo stesso la precisione e aprendo una gamma di possibilità di stampa e visualizzazione 3D, oltre a permettere l'archiviazione digitale dei modelli.

Scheletro di leone americano nel museo dei pozzi di catrame di La Brea

Gli specialisti della scansione 3D del rivenditore certificato Artec Rapid Scan 3D li hanno introdotti all'uso di Artec Space Spider, uno scanner portatile professionale a luce strutturata che crea rapidamente modelli 3D di oggetti a livello metrologico, anche quelli con forme organiche complesse, come i fossili. Con una precisione fino a 0,05 mm, in pochi minuti Space Spider fa per un fossile quello che il vecchio metodo faceva in un'ora.

Chris Strong di Rapid Scan 3D ha dichiarato: “Quando abbiamo esaminato i livelli di dettaglio necessari a La Brea per la scansione 3D di fossili e ossa, era evidente che Artec Space Spider era la scelta giusta. Space Spider è portatile e facile da usare per tutti, dai principianti agli utenti avanzati. Siamo in grado di acquisire dati ad alta risoluzione e a colori in pochi minuti. Da anni portiamo gli scanner Artec in svariati settori, dall'aerospaziale alla medicina, sempre con grande successo. Questa tecnologia può essere utilizzata per la conservazione del patrimonio culturale così come per la scansione di ossa e fossili."

Carrie Howard che tiene in mano la sesta vertebra cervicale di un cammello portata alla luce dalle pozze di catrame

Secondo le parole dello specialista di imaging di La Brea, Carrie Howard, “Space Spider è capace di catturare accuratamente le complesse geometrie delle ossa. Alcune di queste forme e caratteristiche superficiali sono difficili da catturare, dalle curve ampie della costola di un bisonte, ai lunghi canini mascellari di un gatto dai denti a sciabola, fino ai metatarsali dell'orso a faccia corta. E potrei fare molti altri esempi...Space Spider ci consente di catturare tutto in un 3D a colori perfettamente realistico e ad alta risoluzione.”

Howard ha continuato, “uno dei nostri progetti iniziali includeva 400 esemplari. Li abbiamo scansionati ed elaborati rapidamente, e poi continuato con gli altri. Ora siamo in grado di gestire molti campioni in più rispetto al passato, con la fotogrammetria il tempo impiegato per questa quantità di campioni era fino a tre volte più lungo”.

Vertebra di lupo preistorico scoperta durante lo scavo del Museo Progetto 23

Il processo di Howard per la scansione 3D con Space Spider richiede, nella maggior parte dei casi, pochi minuti: basta posizionare un campione su una piccola piattaforma rotante, prendere Space Spider, quindi ruotare lentamente la piattaforma mentre sposta lo scanner su e giù, catturando così ogni dettaglio e superficie. Durante il processo, il software dello scanner, Artec Studio, visualizza la scansione in tempo reale mentre viene eseguita. Se manca qualche punto, è immediatamente visibile e l'area può essere facilmente scansionata un'altra volta. Il campione viene quindi capovolto e il processo viene ripetuto.

Scansione 3D di una mascella di lupo preistorico con Artec Space Spider

La post-elaborazione avviene in Artec Studio, il che comporta l'allineamento e la registrazione delle scansioni in un modello 3D unificato "prefect digital replica", che viene quindi esportato come file OBJ e archiviato.

Modello 3D di mascella lupo preistorico, scansionato con Artec Space Spider

Di recente il Museo ha testato Artec Micro, uno scanner 3D desktop metrologico automatizzato progettato per la scansione di piccoli oggetti con una precisione fino a 10 micron. Il museo ha una vasta collezione di piccoli esemplari, provenienti da una varietà di piante e animali, tra cui ossa di uccelli, lumache d'acqua dolce e una vasta gamma di semi. Il flusso di lavoro di scansione è semplice: basta appoggiare il campione sulla piattaforma di scansione di Micro e, dopo pochi clic del mouse, lo scanner si occupa di tutto il resto. La piattaforma ruota mentre la luce blu strutturata di Micro e le doppie telecamere catturano ogni caratteristica delle superfici del campione da tutte le angolazioni possibili.

Come visto nella foto sopra, i visitatori del Museo sono invitati a osservare Space Spider in azione dall'altro lato del vetro, accanto a uno schermo che mostra la scansione 3D del fossile in tempo reale (tramite Artec Studio). Dall'altra parte della finestra di scansione 3D si trova il Fossil Lab del Museo, scherzosamente soprannominato "Fishbowl", un laboratorio semicircolare chiuso da vetri in cui bambini e adulti possono osservare da vicino paleontologi mentre passano in rassegna, puliscono e catalogano un'ampia varietà di reperti fossili.

Ricreazione di un mammut e di un gatto dai denti a sciabola intrappolati nel catrame, da Titans of the Ice Age

Considerazioni e discussioni su un database di modelli 3D online per ricercatori vicini e lontani, così come vari tipi di divulgazione pubblica locale e virtuale, incluso per scuole e università, sono sempre stati un punto di interesse per il Museo e continueranno ad esserlo.

Altri due progetti, attualmente in fase di esplorazione e sviluppo, utilizzeranno l'AR (realtà aumentata) per aumentare l'interazione del pubblico con le risorse paleontologiche di La Brea Tar Pits attraverso mostre interattive e coinvolgenti. Tali progetti trarrebbero grandi benefici dai modelli 3D creati con lo Space Spider del Museo, insieme ad altre tecnologie digitali, per aumentare la conoscenza della scienza da parte del pubblico e ridurre le idee sbagliate scientifiche per tutti i livelli della società.