Scansione in 3D nelle condizioni estreme proprie del deserto africano: la storia di successo di una principiante

Una studentessa di paleontologia provvista di una conoscenza base della scansione in 3D si è avventurata in una spedizione presso un luogo di scavo situato in Kenya con lo scopo di digitalizzare resti rinvenuti da paleontologi di fama mondiale.

Il Lago Turkana Basinin, situato nella regione settentrionale del Kenya, rappresenta un luogo leggendario e assai noto per i numerosi siti paleontologici e archeologici ivi rinvenuti nei quali numerose scoperte assai rivoluzionarie sono state fatte per merito della famiglia Leakey e del suo gruppo di lavoro, operante in questi luoghi dalla metà del ventesimo secolo. Tra i più celebri resti rinvenuti qui degno di nota è il Turkana Boy, che costituisce lo scheletro quasi completo dell’Homo erectus, un bambino dell’età di 10 anni risalente a 1,5 milioni o 1,6 milioni di anni fa e l’Homo habilis, un antico, tipico esemplare del genere umano, Homo, che si ritiene abbia iniziato ad adoperare gli utensili già 2 milioni di anni fa. Infatti, furono proprio i Leakeys a conferire a quest’ominide il nome di Homo habilis o “Uomo Abile” com’è meglio conosciuto nel mondo.

Creazione di una riproduzione digitale di un campione con lo scanner Artec Space Spider 3D presso il Turkana Basin Institute

Dopo decenni di attività e lavori svolti nella regione del Lago Turkana, i Leakeys fondarono il Turkana Basin Institute (TBI), ente che promuove e favorisce nuove ricerche in questo luogo. Nell’estate del 2014, la TBI ha acquistato Artec Eva, uno scanner in 3D molto preciso per la riproduzione di grandi oggetti, e Artec Spider, uno scanner HD in 3D dedicato alla riproduzione di oggetti di dimensioni minori, e ha usufruito di un corso di formazione tenuto da Denis Baev dell’Artec. Il team guidato da Louise Leakey ha intrapreso pertanto un’opera di digitalizzazione in 3D di campioni fossilizzati provenienti dalla vasta collezione presente nel TBI.

Edificio del TBI

Un deposito al TBI

Ossa della raccolta presente al TBI

Louise Leakey con i suoi colleghi

Il TBI accoglie al suo interno numerosi ricercatori i quali svolgono un’intensa attività di ricerca nel luogo degli scavi e, in seguito, nel laboratorio, dedicandosi alla scansione delle ossa rinvenute appartenenti ad animali preistorici e a ominidi. Tra questi ricercatori vi è Natalya Prilepskaya, una studentessa neolaureata in paleontologia presso l’università Statale di Mosca, la quale si è recata al Lago Turkana per scannerizzare reperti di fossili utilizzando gli scanner in 3D Artec Eva e Space Spider.

Natalya Prilepskaya, a sinistra, con Louise Leakey

Natalya ha accettato con piacere di rivelarci le sue impressioni al riguardo:

“Il mio compito al TBI era di scannerizzare campioni paleontologici utilizzando i nuovi scanner di Artec, Space Spider e Artec Eva. Il problema principale risiedette nel fatto che non ebbi molto tempo a disposizione per imparare come si scannerizzava in 3D. In realtà ebbi solo pochi giorni di lezioni di teoria e pratica prima della mia partenza. Vorrei davvero ringraziare Olga Skvortsova, Denis Baev, Yaroslava Laptinskaya dell’Artec e mio marito, Sergey Sukhovey, per l’inestimabile conoscenza che sono riuscita ad acquisire nella materia in un così ristretto arco di tempo!”

Al TBI, la sfida principale è stata quella di sfruttare al massimo tutte le mie capacità e conoscenze. Non è stato facile, ma niente è impossibile.

Natalya nel deposito dei fossili al TBI

Gran parte della mia pratica di apprendimento è avvenuta in “condizioni di campo”. Scannerizzare in 3D è molto simile a lavorare al tornio, un’attività divertente per me poiché mi è sempre piaciuto lavorare alla ceramica. Lo scanner non solo raccoglieva tutte le informazioni riguardanti l’oggetto esaminato – esso lo’”toccava e lo sentiva”. Il risultato che si otteneva era quello di un modello in 3D “in vita”, come se fosse stato creato dall’argilla.

Natalya mentre utilizza Space Spider per scannerizzare un campione

Ma per ottenere un modello in 3D perfetto e corretto, ho dovuto innanzi tutto imparare a far funzionare e applicare lo scanner in modo tale che non perdesse la localizzazione.  Per far ciò, ho dovuto concentrare il mio sguardo sullo schermo, non sull’oggetto analizzato. Pertanto, dovevo sistemarmi in modo tale da poter riuscire a lavorare in quel modo. Inizialmente, di tanto in tanto i miei occhi tendevano a spostarsi dallo schermo al reperto e viceversa. Quando osservavo l’oggetto, capitava molto spesso che la mia mano compiesse un movimento sbagliato, e l’area di scansione scompariva dal campo verde (nell’Artec Studio).

Un altro fattore assai importante da considerare è la velocità della scannerizzazione. Con Space Spider, devi procedere lentamente e dolcemente, senza compiere alcun movimento convulso. È un po’ diverso dalla scansione rapida e individuale che avviene con Eva. Per l’impiego di Space Spider potrebbe essere adatto un tavolo rotante ma non ve ne erano al TBI.

Un’altra cosa rilevante da apprendere era riuscire a fermarsi in tempo quando lo scanner aveva raccolto un numero sufficiente di dati. Qualche volta mi è capitato di compiere delle ripetizioni inutili, percorrendo di nuovo la stessa area. Questo ha fatto sì che il progetto abbia assunto una dimensione eccessiva, e l’elaborazione abbia impiegato troppo tempo, a causa di un accumulo eccessivo di dati.

Il mio primo giorno di lavoro al TBI ricevetti il mio primo campione paleontologico da scannerizzare – il teschio di un babbuino (Papio Anubis) risalente a 1,8 milioni di anni fa. Ho avuto la grande fortuna di lavorare a fianco a fianco dello staff dell’istituto composto da Timothy Gichunge e Robert Ngechu, grazie ai quali ho potuto imparare numerose nozioni. È stato molto comodo per me lavorare nello stesso laboratorio, perché ho avuto la possibilità di rivolgermi a loro ogni qualvolta ne avevo bisogno. I ragazzi sono stati molto lieti di aiutarmi.

Gruppo di lavoro in uno scavo

Ho chiesto a Timothy di organizzare un corso avanzato per me in modo tale che potessi osservare come egli scannerizza. Si è rivelata un’idea fantastica! Non solo è stato utile praticare la scannerizzazione da sola, ma anche vederlo fare da un professionista. Timothy muoveva Spider intorno all’oggetto molto dolcemente, senza compiere un solo movimento sbagliato – un minimalismo sufficiente a eseguire un lavoro perfetto. Volevo imparare a scannerizzare così bene anch’io.

Timothy trovò una semplice alternativa al tavolo rotante – egli poneva gli oggetti più piccoli sopra una cartellina dei documenti e li girava, tenendo lo spigolo della cartellina. Era davvero una soluzione formidabile grazie anche alla trasparenza del materiale su cui il reperto poggiava: Space Spider, infatti, non vedeva lo sfondo trasparente e pertanto non lo scannerizzava.  Ciò riduceva anche il tempo che generalmente era impiegato per ripulire il modello dai dati indesiderati e per eliminare il tavolo.

Utilizzo di una piattaforma di fortuna per scannerizzare un campione

Dopo una serie di sessioni formative, iniziai a lavorare per perfezionare le mie capacità. Era solita, alcune volte, chiedere a Timothy e a Robert di assistermi mentre scannerizzavo e di correggermi se sbagliavo. Questa collaborazione si è rivelata molto utile per me.

Natalya mentre scannerizza un campione

Con piacere mi capitò di insegnare a Timothy un trucco che mi aveva rivelato mio marito Sergey.  Mentre scannerizzavo le corna ricurve di un’antilope, notai che Space Spider tendeva a perdere la traiettoria sulle punte delle corna, poiché esse erano molto sottili e pendevano “in aria”. Se si pone un pezzo di carta con delle scritte o dell’immagine stampate su di esso sulla punta delle corna, lo scanner lo riprodurrà come una sorta di pilastro e manterrà saldamente la sua traiettoria. Nel corso della successiva elaborazione del progetto, il pezzo di carta sarà rimosso.

Il teschio di un’antilope con le corna

Anche il clima ha svolto un ruolo decisivo nella mia fase di apprendimento. Faceva molto caldo lì. Anche se la stanza dove svolgevo l’attività di scannerizzazione era arieggiata, i portatili tendevano spesso a surriscaldarsi. Per farli funzionare più a lungo, li mettevamo dentro dei contenitori piani di plastica con del ghiaccio sostituendoli una volta che questi si era sciolto.

Una calda giornata bollente in un luogo di scavo

Un altro importante aspetto da considerare era il forte vento. Soffiava sempre, trasportando enormi quantità di polvere e sabbia, che pervadevano ogni buco e fessura del nostro hardware. La Dr.ssa Meave Leakey è solita utilizzare per il suo portatile una custodia protettiva trasparente per proteggerlo.

Sono stata molto fortunata nel non avere insetti intorno a me mentre lavoravo. Solitamente in questo periodo dell’anno vi sono orde d’insetti che invadono l’area, rendendo impossibile lavorare di sera, in quanto essi sono attratti dallo schermo luminoso che risalta nell’oscurità. Questo problema può essere risolto utilizzando un software speciale che modifica il colore dello schermo. Per il Mac, ad esempio, si può usareil Black Light.

Lavorando al buio

Durante la sua permanenza al TBI, Natalya ha scannerizzato un totale di sette teschi di mammiferi che vissero nell’area del Lago Turkana nel Pleistocene – Holocene (2,6 milioni di anni fa). I modelli in 3D completati sono stati postati sul sito web AfricanFossils.org nella sezione della stampa in 3D, dove ogni utente registrato ha la possibilità di scaricare e stampare il modello di cui ha bisogno.

L’importanza di creare una raccolta di modelli in 3D di ominidi e animali è inestimabile.

Innanzi tutto, la tecnologia di scannerizzazione in 3D permette a un ricercatore di ricavare dati precisi per individuare la geometria di un reperto paleontologico. Naturalmente è possibile utilizzare un righello o un calibro per misurare i campioni ma questi strumenti non forniscono dati completi né accurati. Allo stesso modo, le foto o i disegni non sono sempre in grado di rappresentare in maniera precisa la forma di un oggetto.

Varietà di teschi con corna nella raccolta del TBI

In secondo luogo, la scannerizzazione in 3D contribuisce a conservare le informazioni riguardanti la forma del reperto. Anche i fossili apparentemente più resistenti possono disintegrarsi, soprattutto se sono esposti alla luce solare, al vento, la pioggia e a condizioni climatiche avverse e temperature oscillanti presenti nel luogo. E anche se un reperto è conservato all’interno di un museo, esso può facilmente deteriorarsi a causa dell’umidità presente nell’edificio, di temperature sfavorevoli e altre condizioni avverse.

Un fattore negativo comune che colpisce i fossili è la malattia della pirite che può causare il marcire e lo sgretolamento del fossile. Questa malattia ha luogo in ambienti ricchi di ossigeno, dove fattori quali l’umidità, i cambi di temperatura, la pressione e l’attività batterica contribuiscono alla sua diffusione.

La scannerizzazione in 3D di precisione vi consente di salvare un’immagine in 3D estremamente accurata dell’oggetto nel colore naturale. Il modello che se ne ricava contiene tutte le informazioni necessarie sul reperto, comprese le sue misure, grazie alle quali i ricercatori possono lavorare sull’oggetto senza entrare in diretto contatto con esso.

Le ossa sono soggette a decomporsi in condizioni avverse

Terzo, la creazione di raccolte di modelli in 3D agevola un più ampio scambio d’informazioni sui reperti: grazie a queste collezioni gli scienziati non devono spendere gran parte del loro tempo e denaro in spedizioni nei siti di scavo o nei musei per vedere un campione. Numerosi laboratori sono in grado di collaborare, condividendo dati in 3D relativi alla morfologia dei campioni, incrementando in questo modo l’efficienza e la qualità della loro collaborazione.

Al TBI, uno dei campioni più grandi recentemente scannerizzati è stato un teschio enorme di elefante che doveva essere analizzato ed è molto difficile da muovere o girare. “Essere stati in grado di scannerizzare il campione e, in seguito, di utilizzare il modello dettagliato è stato davvero interessante, ” ha dichiarato Louise Leakey. Il reperto è stato scannerizzato con Artec Eva, e i dati sono stati elaborati nel software dell’oggetto in 3D Artec Studio 11, grazie al quale i tempi necessari per creare un modello in 3D preciso dell’oggetto sono ridotti al minimo.

Timothy mentre scannerizza un enorme teschio fossilizzato di elefante con Artec Eva

Scansioni in 3D del teschio fossilizzato dell’elefante, realizzati con Artec Eva and Spider

In ultima analisi, la scansione in 3D promuove l’insegnamento; infatti, i modelli in 3D sono spesso impiegati come supporto visivo durante le lezioni. I modelli in 3D possono essere studiati non solo in un computer ma possono anche essere stampati su una stampante in 3D, che sta divenendo di uso sempre più comune.

La scansione in 3D ha inaugurato un nuovo capitolo nella storia della paleontologia, ponendo nelle mani dei ricercatori un potente strumento con il quale poter riuscire a conservare i loro reperti fragili e di valore inestimabile, coinvolgere un circolo più ampio di colleghi in uno studio di campioni più accurato che mai, e ispirare le giovani generazioni a proseguire nella ricerca delle risposte a quei quesiti fondamentali posti sulle origini dell’uomo.