DNH 155: Artec Space Spider가 2백만 년 된 두개골을 재구성하는 데 도움을 준 방법

"이야기의 이 부분은 말해야 합니다. Artec 3D 스캐너와 소프트웨어가 없었다면, 모든 사람이보고있는 DNH 155 두개골의 재구성은 불가능했을 것이기 때문입니다"라고 통화 상대방인 라트로브대학교(La Trobe University) 연구원이자 프로젝트의 공동 책임자인 Jesse Martin은 말했습니다.

Martin은 공동 연구자인 Angeline Leece 박사와 Andy Herries 교수 및 다른 사람들로 구성된 팀과 함께 Artec Space Spider를 유용하게활용했습니다. 휴대용 3D 스캐너는 종 내에서 소진화의 변화를 생생하게 입증하는 고대인간의 사촌인이 특별한 표본을 발굴하고 재구성하는 모든 단계에서 필요했습니다.

완성된연구 논문은 2020년 11월 9일 Nature Ecology & Evolution에 게재되었습니다.

이팀은호주 멜버른의 본거지에서 남아공으로 날아갈 때 휴대용 Space Spider를 잘 보호하여 기내 수하물로 비행기에 실었습니다. 며칠 후, Space Spider는 남아공의 흙덩어리에서 살짝 삐져나온 최초의 DNH 155 두개골 조각을 캡처하고 있었습니다. 그리고 현장과 실험실에서 수백 번의 스캔과 수개월의 진을 빼는 힘든 작업 끝에 Space Spider는 최종적으로 재구성된 두개골을스캔하여 연구 논문에 쓰기 위한 이미지를 만들었습니다.

남아공의 드리몰렌 채석장(Drimolen Main Quarry)

우리의 먼 친척 중 하나인 Parrentus Robustus 종족의 거의 완전한 두개골인 DNH 155는 2018년 남아공 요하네스버그 북쪽에 있는 드리몰렌 채석장에서 현장 학교 학생인 Samantha Good에 의해 발굴되었습니다. 대부분의 화석 발견은 흩어진 이빨이나 뼈 또는 두개골 조각으로 이루어져 있지만, DNH 155의 수백 개 조각은 비교적 서로 가까운 곳에서 발견되었습니다. 하지만 그렇다고 해서 그들이 조각 그림 맞추기 퍼즐 조각처럼 서로 맞아떨어졌다는 뜻은 아닙니다. 오히려 그 반대입니다.

드리몰렌의 현장에서 Leece는 공동 감독 Stephanie Baker의 도움을 받아 며칠 동안 땅에서 화석이 박힌 커다란 퇴적물 덩어리를 조심스럽게 잘라냈습니다. 이 작업들이 완료되자Martin은 나무 막대기와 다른 도구를 사용하여 토양에서 각 두개골 조각을 힘들여발굴하는작업에 착수했습니다. 흙이 무너지지 않게 하기 위해 흙에 보존용 접착제를 주입하여 모든 것이 영겁의 세월 동안 똑같은 장소에 유지되도록 했습니다.

접착제로 인해 퇴적물과 그 안의 화석이 달라붙지 않도록 Martin은 아세톤으로 블록 표면을 반복적으로 적셔 접착제를 부드럽게 했습니다. 그리고한 번에 몇 밀리미터의 흙을 부드럽게 떼어내거나 털어내거나 아니면 접착제가 다시 마르기 전에 빨대로 흙을 빨아들여야 했습니다. 화석 중 하나가 눈에 띄자마자 그는 Space Spider를 집어 들고 퇴적물의 전체 표면과 함께 그 조각을 캡처했습니다.

DNH 155은 2만 세기 만에 다시 빛을 봤습니다.

Martin은 “현재로서는 여기에 일종의 딜레마가 있습니다. 화석을 청소하고 보존해야 하지만 그렇게 하려면 화석을 분해해야 합니다. 즉, 화석을 다시 정확히 합치려면 원래 위치를 파괴해야 합니다“라고 말했습니다. 그는 이어서 “그래서 Space Spider로 각 화석층을 3D로 스캔하면 정확한 기록을 얻을 수 있고, 나중에 다시 원래 있던 곳으로 화석들을 되돌려 놓을 수 있습니다"라고 말했습니다.

300시간이 넘는 시간 동안 Martin과 Leece는 그저 그 작업만 했습니다. Artec Studio 소프트웨어에서 실행되는 Space Spider 스캔 모음으로 인해 특정 조각이 발견된 장소와 위치가 궁금할 때마다 몇 번의 클릭만으로 디지털로 된 꼭 닮은 조각을 불러와 몇 초 만에 답을 알 수 있습니다.

Space Spider는 250개 이상의 조직으로 DNH 155를 재구성하는 동안 또한 아주 중대했습니다. Martin은 “각 화석은 손으로 재구성하면서 여러 번 스캔하였으며, 이 과정에서 화석을 조립했습니다. 이를 통해 재구성하는 동안 각 반복에 대해 정확한 3D 기록을 할 수 있습니다. 그래서 DNH 155에 초점을 맞추기 위해 Space Spider를 사용하여 현장에서 여러 번 스캔했고, 요하네스버그대학교(University of Johannesburg)의 우리 연구실에서도다시스캔했습니다”라고 말했습니다.

그 과정에 대해 자세히 설명하면서 Martin은 "재구성하는 동안 큰 조각들을 개별적으로 스캔하기 때문에, 우리는 두개골의 내부 디테일도 모두 가지고 있습니다. 생각해보면 두개골이 다시 합쳐지면 두개골 안으로 들어갈 수 있는 기존의 방법은 (아마도 CT 스캐닝 외에는) 없습니다. 하지만 Space Spider는아주 빠르기 때문에 최종 재구성에 앞서 개별 조각들을 스캔하기 쉽습니다"라고 말했습니다.

Martin은 자신이 믿는 것이 Space Spider의 가장 큰 장점 중 하나라고 강조했습니다. “고고학자들이 사용하는 전통적인 방법, 사진 측량법, 캘리퍼스와 자를 사용한 수동 측정법 모두 화석을 과도하게 취급해야 합니다. 이는 조만간 화석이 더 나빠지지는 않더라도 긁히고 부서지리라는 것을 의미합니다.”

Artec Space Spider

Martin은 "저는 방문했던 화석 컬렉션들에서 수년간 캘리퍼스 측정으로 인해 긁히고 부서진 뼈와 치아를 자주 목격했습니다. Artec 스캐너를 사용하면 절대로, 단 한 번도 그런 일이 없을 것입니다“라고 덧붙였습니다.

그는 더 나아가 " Artec Space Spider를 사용하여 3D 스캐닝을 하면 어떠한 접촉도 하지 않고 화석을 단 몇 분 만에 정확하게 측정합니다. 원시 인류의 두개골을 1,000번 스캔할 수 있고 그래도 두개골에 손상이 없을 것입니다. 하지만 연구자들이 금속이든 플라스틱이든 기존의 캘리퍼스 방법으로 똑같이 하면 손상이 있을 수 있습니다. 캘리퍼스를 사용한 다양한 해부학적 측정은 화석을 이상하고 멋진 위치로 놓아야 한다는 것은 말할 것도 없고, 그것이 가능하더라도 위험하고 심장이 멎는 듯한 일이 될 수 있습니다“라고 설명했습니다.

Martin은 평상시의 Space Spider를 사용한 스캔 프로세스를 "화석을 올려놓은 턴테이블을 돌리면서 스캐너를 부드럽게 올리거나 내리면서 초기 스캔을 한번 합니다. 그런 다음 화석을 뒤집고 다른 쪽도 똑같이 합니다. 기껏해야 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 그러면 처리할 때 화석이 완성될 수 있도록 표면을 충분히 겹치고 포함시킬 수 있습니다“라고 설명했습니다.

Artec Studio에서 Martin은 지우개를 사용하여 배경을 제거한 다음 스캔을 정렬합니다. 그런 다음 전역 정합을 하여 스캔을 정합한 다음 이상 부분을 제거하고 정밀한 융합을 수행합니다. 그는 자신의 선택을 “원시 인류의 두개골을 쳐다보고 있으면 저는 모든 질적 특성을 잘 보고 싶습니다. 그래서 정확도를 100미크론으로 설정합니다. 그러면 측두선, 두개골 봉합, 소공 등 내가 원하는 모든 것을 볼 수 있습니다”라고 설명했습니다.

Martin은 모형에 물이 들어오지 않는지 확인한 후 텍스처를 적용한 다음 스캔을 WRL 파일로 내보냅니다. “WRL은 일반적인 형식일 뿐만 아니라 제가 형상에서 분리된 텍스처를 좋아하기 때문에 그것을 선택합니다. 우리가 하는 유형의 작업을 할 때 질적 특성들을 볼 수 있도록 정말로 색상을 없애고 싶습니다. 그것들은 우리가 반복해서 사용하는 것이기 때문입니다.“

텍스처를 적용한 DNH 155의 Artec Studio스크린샷

Martin은 화석의 형상에 대하여 직접 작업하는 것의 중요성을 표현하면서 "연구자들이 Artec Studio에서는 쉬운 작업인 색상을 없앤 스캔을 볼 때 자신들이 상상했던 것보다 훨씬 더 많은 것을 볼 수 있고, 실제로 직접 화석을 볼 때보다 훨씬 더 많은 것을 볼 수 있습니다"라고 말했습니다.

텍스처를 제거한 DNH 155의 Artec Studio스크린샷

Martin은 계속해서 "이것에 관한 놀라운 예를 들자면, 몇 년 전에 우리가 다른 원시 인류의 두개골을 스캔했을 때 Space Spider를 통해 밝혀진 것에 대해 말씀드리겠습니다. 이 표본은 약 2백만 년 정도 되었고, 죽었을 때 겨우 2~3살이었습니다. 어렸을 때 두개골 뼈는 아직 융합되지 않았기 때문에 상대적으로 부드러우며, 두뇌는 빠르게 성장하여 부드러운 두개골 안쪽을 누르고 있습니다.

두개골 자체를 육안으로 검사할 때는 그것을 볼 수 없습니다. 심지어 훈련된 연구자들도 볼 수 없습니다. 그냥 부딪히고 긁힌 자국처럼 보입니다. 하지만 Artec Studio에서 Space Spider 스캔에서 텍스처를 제거하면 마치 현대의 CT 스캔에서 보는 것처럼 이 2백만 년 된 원시 인류 뇌의 가장 웅장한 흔적이 있습니다“라고 말했습니다.

Martin은 계속해서 “뇌는 두개골에 뚜렷하게 흔적을 남겼습니다. 중간 뇌막 도관, 구 및 선회 자국 등과 같은 세밀한 부분을 볼 수 있습니다. 뇌의 어떤 부분이 있고 어떤 부분이 없는지 쉽게 이해할 수 있습니다. 그것에 대해 잠시 생각해 보십시오. 우리는 이제 Space Spider로 스캔한 두개골에 있는 뇌의 흔적덕분에2백만 년 된 뇌를 연구할 수 있게 되었습니다. 스캔에서 텍스처를 제거하면 모든 것을 멋지게 자세히 볼 수 있습니다"라고 말했습니다.

DNH 155의 3D 프린팅 복제본을 보고 있는 연구자 Angeline Leece와 Jesse Martin

또한 DNH 155는 Space Spider 스캔에서 3D로 프린팅되었으며, 그 결과는 놀라울 따름입니다. 경험 많은 연구자들조차도 이 2백만 년 된 매우 연약한 화석의 실물과 같은 3D 프린트본을 처음 목격했을 때 놀라움을 금치 못합니다.

Martin은 원시 인류 두개골을 재구성할 때 Space Spider가 캡처하는 디테일 수준이 얼마나 중요한지 말로 나타냈습니다. “스캔한 두개골 조각을 실제로 3D로 프린팅할 수 있으며, 그것들은 실제 화석 자체와 완벽하게 일치합니다. 모든 봉합선, 모든 가장자리가 완벽하게 일치합니다.”

Martin은 모나쉬대학교(Monash University)의 Justin Adams 박사가 스캐너와 Artec Studio 소프트웨어를 소개한 후 2015년에 Space Spider를 사용하기 시작했습니다. Adams 박사가 경험을 통해 지도한 시간은 불과 한 시간밖에 안 되었지만 Martin이 능숙하게 사용하는 데는 약 10시간 밖에 안 걸렸습니다.

Martin은 “그건 제가 스캔에 천재라서가 아니라 기술과 그것이 얼마나 직관적인지에 대한 증거입니다. 그것의 가장 큰 장점은 성능과 사용 편의성 이외에 휴대성 또한 좋다는 것이며 이로 인해 그것은 우리가 항상 현장에 가져가는 믿을 만한 솔루션입니다"라고 말했습니다.

Giovanni Boschian 연구자가 Space Spider 스캔과 사진으로 작업한 DNH 155의 그림

멜버른에 본사를 둔 Artec의 공식 골드 대리점인 Thinglab의 3D 스캐닝 이사 Ben Myers는 고고학 등의 분야에서 Artec 3D 스캐너를 사용하는 것에 대해 “우리는 라트로브대학교의 Jesse Martin과 그의 동료들을 우리의 고객으로 모시고 모든 최선의 방법으로 그들을 지원하는 것을 자랑스럽게 생각합니다. 우리는 Artec 3D가 데스크톱 Artec Micro, 휴대용 Eva, Space Spider 및 Leo에서 삼각대 장착 Artec Ray에 이르기까지 연구자 및 기타 전문가에게 최고의 3D 스캐닝 솔루션을 제공한다고 믿습니다. 모든 가능한 디지털 캡처 애플리케이션은 이제 가까이 있습니다“라고 말했습니다.

스캔 작업은 University of Johannesburg, 연구자 Jesse Martin에게 수여하는 La Trobe University 박사 장학금 및 Andy Herries 교수에게 수여하는 Australian Research Council의 Discovery 프로젝트 보조금(DP170100056)의 지원을 받았습니다.