Technologia cyfrowa 3D pomaga paleontologom tworzyć modele dinozaurów na podstawie skamieniałości

Taurovenator (nazwa rodzaju oznaczająca „łowca byków”) został pierwotnie nazwany Taurovenator violantei i opisany w 2016 roku; najwcześniejszy opis opierał się na okazu kości pozagałkowej (z okolicy skroniowej) pochodzącej z formacji Huincul w Argentynie. Zwierzę to zaliczane jest do dużych teropodów z rodziny karcharodontozaurów i wykazuje podobieństwa morfologiczne oraz zgodność z innymi południowoamerykańskimi gigantycznymi drapieżnikami, takimi jak Giganotosaurus i Mapusaurus. W ostatnich latach trwające prace terenowe oraz badania prowadzone przez wielu naukowców i zespoły badawcze znacznie poszerzyły naszą wiedzę na temat tego gatunku.

Dr Fernando Novas i prof. Marcelo Pablo Isasi są głównymi uczestnikami badań nad Taurovenatorem. Są oninaukowcami z CONICET (Krajowej Rady Badań Naukowych i Technicznych Argentyny) imają na swoim koncie bogatą historię współpracy oraz publikacji z kolegami z kraju i zagranicy na temat paleobioty Patagonii i innych faun południowoamerykańskich — na przykład badania związane z odkryciem Kostensuchus atrox, potężnego krokodyla sprzed około 70 milionów lat, znalezionego w Patagonii.

Dr Fernando Novas (po prawej) i prof. Marcelo Pablo Isasi (po lewej)

Kompletna czaszka Kostensuchus atrox o długości prawie 50 centymetrów

W odkryciu i późniejszych pracach nad Taurovenatorem uczestniczyły również lokalne instytucje, fundacje i firmy, które zaangażowały się w produkcję i ekspozycję modeli — na przykład Fundación Azara oraz specjalistyczna firma zajmująca się drukiem 3D , Dryada.

Cyfrowy proces pracy: jak przekształcić skamieniałości w modele nadające się do druku

W ramach projektu rekonstrukcji Taurovenatora naukowcy zastosowali następujące kluczowe etapy, które stanowią również główne procesy w obecnych pracach nad digitalizacją w paleontologii:

• Wydajne skanowanie 3D i fotogrametria:

Naukowcy wykorzystali przede wszystkim skaner 3D SHINING 3D EinScan Pro HD w połączeniu z fotogrametrią w celu uzyskania modeli 3D. Metoda ta pozwala na gromadzenie danych bez powodowania jakichkolwiek uszkodzeń cennych skamieniałości. Skaner EinScan Pro HD generuje gęste chmury punktów i tworzy modele o wysokiej rozdzielczości. Zastosowanie w nim strukturalnego światła niebieskiego zapewnia wysoką dokładność, a jego wielofunkcyjna konstrukcja sprawia, że nadaje się on do obiektów o różnych rozmiarach i z różnych materiałów, oferując jednocześnie dużą prędkość skanowania. W połączeniu z dużą liczbą zdjęć o wysokiej rozdzielczości wykonanych aparatami fotograficznymi model 3D dinozaura został wiernie zrekonstruowany.

Skanowanie 3D za pomocą EinScan Pro HD, wielofunkcyjnego skanera 3D wykorzystującego światło strukturalne

• Modelowanie i rekonstrukcja anatomiczna:

W oprogramowaniu 3D naukowcy oczyścili zeskanowane dane (redukcja szumów, naprawa uszkodzonych części), zastosowali cyfrowe odbicie lustrzane (w celu wygenerowania brakujących stron) oraz zrekonstruowali układ szkieletu na ekranie. Ten etap wymagał zarówno wiedzy anatomicznej paleontologów (pozycjonowanie kości, wnioskowanie o postawie), jak i umiejętności modelowania inżynierów cyfrowych.

Rekonstrukcja szczegółów szkieletu dinozaura na podstawie danych ze skanowania

• Druk3D :

Ponieważ zwierzę było tak duże, nie można było wydrukować jego kompletnego szkieletu w jednym kawałku w komorze konwencjonalnej drukarki. Zespół badawczy podzielił cyfrowy szkielet na wiele mniejszych części dostosowanych do rozmiarów drukarki i łatwych w montażu. Każda część została zaprojektowana z cyfrowymi połączeniami umożliwiającymi późniejsze dopasowanie. Następnie części zostały wydrukowane jedna po drugiej przy użyciu drukarek FDM z wykorzystaniem popularnych materiałów, takich jak PLA.

Modele wydrukowane w 3D w sekcjach zostaną połączone w całość

• Obróbka końcowa, wzmocnienie i montaż:

Po wydrukowaniu elementy wymagały usunięcia struktur podporowych, wypolerowania oraz połączenia za pomocą kleju termotopliwego. Aby zwiększyć wytrzymałość kości, zespół produkcyjny umieścił w wydrukowanych kościach metalowe pręty pełniące rolę podpór, a następnie wypełnił wnęki dwuskładnikową sztywną żywicą poliuretanową w celu zwiększenia sztywności. Na koniec każda kość została zamontowana na metalowej ramie w zaprojektowanej wcześniej pozycji, co pozwoliło uzyskać kompletny, wolnostojący szkielet wystawowy.

Model prezentowany na wystawie

Znaczenie technologii skanowania i drukowania 3D w paleontologii

Po zeskanowaniu modele cyfrowe mogą wyeliminować konieczność częstego dotykania oryginalnych skamieniałości. Wydrukowane repliki mogą być wykorzystywane do badań lub na wystawach, podczas gdy oryginały są przechowywane w bezpieczniejszych warunkach. Zmniejsza to ryzyko związane z ekspozycją oryginalnych okazów, a jednocześnie zwiększa zasięg edukacji naukowej dla ogółu społeczeństwa. Ponadto pliki 3D można łatwo udostępniać online, co pozwala naukowcom z całego świata na zdalny dostęp do precyzyjnych modeli w celu prowadzenia badań morfologicznych, pomiarów lub nauczania, co znacznie zwiększa efektywność współpracy.

Dla starszego pokolenia paleontologów może się to wydawać niemal niewiarygodne: szkielety dinozaurów nie są już tylko produktami form gipsowych i odlewów z żywicy, ale można je teraz modelować na komputerze i „wyhodować” w drukarce.

Jak ujął toprofesor Marcelo Isasi: „Ta nowa technologia będzie stanowić punkt zwrotny w rozwoju technik paleontologicznych w Argentynie”.