악어의 꿈은 이루어집니다 - Artec Eva가 Stubbs씨에게 새로운 꼬리를 주는 것을 도운 방법
Artec3D 스캐너가 다친 악어에게 새로운 꼬리와 삶의 기회를 제공합니다
애리조나주 경찰이 의심스러운 트럭을 길 한쪽으로 댔을 때, 발견한 것은 천만뜻밖으로 안에서 기어 다니는 악어 32마리였습니다.
경찰관들이 문자 그대로 "자신들이 악어에 매우 몰두”하고 있다는 것을 깨닫자마자 피닉스 파충류 학회(Phoenix Herpetological Society)에 도움을 요청했습니다. Stubbs씨를 포함하여 집 없는 악어들은 현재 1,500마리의 파충류가 있는 학회로 넘겨졌습니다.
그 악어들 중 한 마리는 꼬리를 잃어서 곧 "Stubbs"라는 이름을 부여 받게 됩니다.
꼬리 없는 것이 악어에게는 웃음거리가 되지 않습니다. 사진 제공: STAX3D
꼬리 없는 것이 악어에게는 웃음거리가 되지 않습니다. 이는 Stubbs씨가 깊은 물에서 수영할 수 없었다는 것 이외에(쉽게 익사할 수 있음) 식사 시간에도 큰 어려움을 겪었다는 것을 의미했습니다.
악어는 꼬리를 사용하여 돌진하고 공격하기 때문에 주변의 다른 악어들은 먹이를 잡는 속도가 빨랐습니다. Stubbs씨에게 이것이 의미하는 것은 그 굶주린 턱 앞에서 어떤 불운한 생물이 툭 하고 떨어지지 않는 한, 그는 아마도 있다면 그날 토끼 파이의 가장 두툼한 조각을 얻을 수 없다는 것입니다.
Stubbs씨의 헤엄 문제는 앞다리를 사용하여 개헤엄을 치는 방법을 가르쳐 주었을 때 부분적으로 해결되었습니다. 이상적은 아니지만, 최소한 Stubbs씨는 등을 대고 확 뒤집혀 물에 빠지고 있지 않았습니다.
피닉스 파충류 학회의 회장인 Russ Johnson은 Stubbs씨에게 더 많은 것을 해주고 싶었습니다. 그는 아이디어가 있었습니다.
정형외과 연구 및 교육 센터의 Marc Jokofsky 박사와 그의 조수 Sarah Jarvis에게 요청하여 정형외과적 도전으로 인간을 돕는 그들의 경험을 활용했습니다. 전문가 팀이 모여서 보철 꼬리를 만드는 옵션을 고려했습니다.
Stubbs씨를 위한 미래 꼬리의 3D 모형. 사진 제공: STAX3D
악어와 다른 파충류의 운동을 수년간 연구해온 애리조나주의 미드웨스턴 대학교(Midwestern University) 해부학 조교수인 Justin Georgi 박사는 Stubbs씨를 분석하여 새로운 꼬리를 가장 잘 맞출 수 있는 방법을 알아보았습니다.
자신의 실험실에서 다양한 크기의 악어 표본을 참고하여 Georgi 박사와 피닉스 유니온 바이오사이언스 고등학교(Phoenix Union Bioscience High School)의 실험실 인턴인 Samanta Arroyos는 Jokofsky 박사 팀과 함께 몸의 나머지 부분에 비례하여 균형이 잡히고 균등하게 분포하는 Stubbs씨를 위한 꼬리의 적절한 크기, 무게 및 밀도를 계산했습니다.
이러한 측정을 마치고 나서 Georgi 박사는 자신의 실험실에서 새로운 꼬리 모형이 될 표본 중 하나를 선택했습니다. 실제 보철물 디자인에 관해서는 Georgi 박사는 Jacofsky 박사 그리고 The CORE Institute의 팀과 상의했습니다.
Georgi 박사는 "Stubbs씨는 꼬리가 없으면 거의 헤엄칠 수 없고 아주 잘 걷지도 못합니다. Stubbs씨의 뭍에서의 자세와 걸음걸이는 너무 안 좋아서 장기적으로 관절과 뼈 건강에 대해 우려가 정말 많았습니다"라고 말했습니다.
Georgi 박사는 이전에 레이저 3D 스캐너를 사용하여 악어의 꼬리를 스캔하려 했지만, 스캔 품질이 너무 낮아 세부적으로 캡처할 수 없었기 때문에 Artec 3D의 대리점인 STAX3D에 연락하여 Stubbs씨를 위한 새로운 꼬리를 만들 팀을 구성하고 싶은지 알아보았습니다.
악어 스캔 준비. 사진 제공: STAX3D
STAX3D의 Michael Andrew는 "Justin이 처음 우리에게 연락했을 때 우리는 매우 흥미로워졌고 우리는 당혹했고 우리가 어떤 처지에 빠질지 확신할 수 없었습니다"라고 말했습니다. STAX3D는 Artec 스캐너로 보철물을 만든 경험이 있지만, 인체용으로만 만들었습니다.
일단 현장에서 Stax3D는 Artec Eva를 사용하여 최근에 죽은 한 비슷하게 큰 악어(Georgi 박사와 그의 팀은 초기 보철물을 만들기 위한 모형으로 같은 꼬리를 사용했음)의 "주형 꼬리"의 고해상도 3D 모형을 만들었습니다. Artec Eva 3D 스캐너는 물체의 표면에 빛의 패턴을 비춰 작동하고, 스캐너로 반사되면 현재 왜곡된 빛은 Artec Studio 소프트웨어로 즉각 분석되고 물체의 형태가 식별되어 최고 초당 16프레임의 고해상도로 기록됩니다.
Stax 3D는 Artec Studio에서 3D 모형을 수정하고 몇 가지 결함을 수정하고 크기와 맞춤을 조정하여 결과 데이터를 처리하므로 Stubbs씨의 꼬리가 거의 남아 있지 않은 것과 완벽하게 일치합니다. 파일은 STL로 내보내고 이를 통해 3D로 인쇄된 꼬리가 만들어졌습니다.
Artec Eva는 강력한 해상도로 인해 0.5mm 정도로 작은 크기의 물체를 캡처할 수 있으면서도 대형 악어 꼬리나 더 큰 대형 물체에도 사용할 수 있었기에 이 프로젝트에 완벽했습니다.
Georgi 박사는 “초기 시도와 비교하여 Artec 스캐너의 속도와 품질에 놀라움을 금치 못했습니다”라고 말했습니다.
Artec Eva는 강력한 해상도 덕분에 이 프로젝트에 완벽했습니다. 사진 제공: STAX3D
Georgi 박사와 그의 팀은 디지털 모형을 보고 수정하는 엄청난 조정 수준을 실현했을 때 무척 기뻤습니다. Georgi 박사는 "우리가 디지털 프로세스로 달성한 꼬리의 크기와 모양에 대한 미세 조정은 실제로 다양한 속성을 실험할 수 있는 기회를 제공하므로 Stubbs씨에게 보철물이 미치는 영향에 대해 더욱 직접적인 수준에서 이해할 수 있습니다"라고 말했습니다.
연구원은 맞춤형 모형을 3D로 인쇄한 후 실리콘 주조물을 만들었고 그것을 통해 Stubbs씨를 위한 몇몇 인공 보철 꼬리가 맞춤형으로 제작되었습니다.
이제, 연구원들이 Stubbs씨 위에 꼬리를 끈으로 묶을 때마다 그는 마치 꼬리가 항상 거기에 있었던 것처럼 아주 자연스럽게 행동합니다. Stubbs씨는 꼬리를 착용하는 동안 스트레스나 불편함의 징후를 보이지 않는 것은 Stubbs씨가 이 꼬리를 자연스럽게 느낀다는 증거입니다.
지금, 연구원들이 Stubbs씨 위에 꼬리를 끈으로 묶을 때마다 Stubbs씨는 마치 꼬리가 항상 거기에 있었던 것처럼 아주 자연스럽게 행동합니다. 사진 제공: STAX3D
Stubbs씨는 그의 오래된 한계를 잊고 더욱더 정상적인 악어처럼 행동했습니다. 그는 나머지 냉혈 이웃들처럼 식사 후 나가 헤엄과 다이빙 그리고 돌진합니다.
앞으로 50~60년 동안 사는 동안 더 자라면서(성인 악어는 6m까지 자랄 수 있음) Stubbs씨는 40개나 되는 새로운 꼬리를 장착해야 합니다. 이제 3D 모형이 있기 때문에 이를 수정하고 새로운 꼬리를 인쇄하는 작업은 쉬운 일이 될 것입니다.
피닉스 파충류 학회의 회장인 Russ Johnson은 Arizona Republic 신문에 "Stubbs씨는 여기에서 오랫동안 행복한 삶을 살 것입니다"라고 말했습니다.
CORE Institute는이 특별한 프로젝트를 위해 모든 저작물과 자료를 기증했습니다. Dragon Skin®을 사용하여 보철물을 덮었습니다. 이 특수 소재는 가볍고 유연한 실리콘으로 보철물뿐만 아니라 영화의 특수 효과 및 애니마트로닉스 제작에 흔히 사용됩니다.
Sketchfab에서 꼬리의 3D 모형
이것은 분명 악어 보철물의 길을 따라 진행 중인 도약이지만 인간의 보철 분야에서 3D 스캐닝과 프린팅이 더욱 발전하고 있습니다. Andrew는 "이것은 미래가 아닙니다. 이것은 현재입니다. 이전의 보철 제조 방법의 한계를 극복하기 위해 이 기술을 활용하고 있습니다. 이 기술을 사용하면 상당수의 단계와 많은 시간을 절약할 수 있습니다”"라고 말했습니다.
모든 관련자는 Stubbs씨의 새로운 꼬리가 이 역동적인 영역에 더 큰 관심을 끌기를 바라고 있습니다. Georgi 박사는 “3D 스캐닝과 프린팅이 보철 분야에서 할 수 있는 것을 수박 겉핥기 식으로 하고 있을 뿐입니다. Stubbs씨의 사례가 할 수 있는 가장 중요한 일은 아마도 다른 사람들의 상상력을 포착하고 이 경계를 더욱 넓히도록 고무시키는 것으로 생각합니다"라고 결론지었습니다.