Der Traum eines Alligators wird wahr: Wie Artec Eva dazu beigetragen hat, Mister Stubbs einen neuen Schwanz zu bauen

24/12/2018

Artec 3D-Scanner helfen einem verletzten Alligator, einen neuen Schwanz und eine Chance aufs Überleben zu bekommen

Als die Polizei von Arizona einen verdächtigen Truck anhielt, war das Letzte, was sie erwartete, 32 Alligatoren, die sich auf der Ladefläche herumtreiben.

Als die Beamten feststellten, dass sie buchstäblich „bis zum Hals in Alligatoren“ schwammen, riefen sie die Phoenix Herpetological Society um Hilfe. Die obdachlosen Alligatoren, einschließlich Mister Stubbs, wurden an die Gesellschaft, welche derzeit 1.500 Reptilien beherbergt, übergeben.

Einer dieser Alligatoren würde bald den Namen „Mister Stubbs“ erhalten, da ihm sein Schwanz fehlte [von Engl. „stub“ – Stumpf, Stummel].

Keinen Schwanz zu haben ist für einen Alligator keinesfalls ein Pappenstiel. Bild: STAX3D

Keinen Schwanz zu haben ist für einen Alligator keinesfalls ein Pappenstiel: Es bedeutete, dass Mister Stubbs nicht in tiefem Wasser schwimmen konnte (er konnte dort leicht ertrinken) und bei der Einnahme von Mahlzeiten echte Probleme bekam.

Die anderen Alligatoren um ihn herum waren schneller darin, Beute zu fangen – denn Alligatoren benutzen ihre Schwänze zum Abstoßen und Angreifen. Für Herrn Stubbs bedeutete dies, dass er wahrscheinlich Tag für Tag mit den kläglichen Resten Vorlieb nehmen musste, es sei denn, eine unglückliche Kreatur landete zufällig genau vor seinem hungrigen Kiefern – wenn überhaupt.

Die Schwimmprobleme des Alligators wurden teilweise gelöst, als man ihm beigebracht hatte, wie man mit den Vorderbeinen paddelt. Das war zwar nicht ideal, doch wenigstens drehte er sich so nicht mehr ständig auf den Rücken, um zu ertrinken.

Russ Johnson, Präsident der Phoenix Herpetological Society, wollte aber noch mehr für Mister Stubbs tun. Er hatte eine Idee.

Dr. Marc Jokofsky und seine Assistentin Sarah Jarvis vom Zentrum für orthopädische Forschung und Lehre wurden hinzugezogen und brachten ihre Erfahrung in der Betreuung von Menschen mit orthopädischen Behinderungen ein. Ein Team von Spezialisten wurde zusammengestellt und überlegte, wie man einen prothetischen Schwanz herstellen könnte.

3D-Modell eines zukünftigen Schwanzes für Herrn Stubbs. Bild: STAX3D

Dr. Justin Georgi, Assistant Professor of Anatomy an der Midwestern University in Arizona, der seit Jahren die Bewegung von Alligatoren und anderen Reptilien untersucht hatte, bot seine Hilfe bei der Analyse von Mister Stubbs an, um zu sehen, wie man ihn am besten mit einem neuen Schwanz ausstatten konnte.

Unter Verwendung einiger Alligatorproben verschiedener Größen aus seinem Labor als Referenz berechneten Dr. Georgi und Samanta Arroyos, ein Praktikant der Phoenix Union Bioscience High School, zusammen mit Dr. Jokofsky und seinem Team die richtige Größe, das richtige Gewicht und die richtige Schwanzdichte für Herrn Stubbs, welche im Verhältnis zum Rest seines Körpers ausgewogen und gleichmäßig verteilt sein sollte.

Nachdem die Messungen durchgeführt worden waren, wählte Dr. Georgi eine der Proben aus seinem Labor als Modell für den neuen Schwanz aus. Bei der eigentlichen Prothesenkonstruktion beriet sich Georgi mit Dr. Jacofsky und dem Team des CORE-Instituts.

„Ohne seinen Schwanz kann Herr Stubbs kaum schwimmen und nur sehr schlecht gehen.“, sagte Georgi. „Seine Haltung an Land und sein Gang sind so schlecht, dass man sich wirklich Sorgen um seine langfristige Gesundheit von Gelenken und Knochen machen musste.“

Dr. Georgi hatte zuvor bereits versucht, den Schwanz eines Alligators mit einem Laser-3D-Scanner zu scannen, jedoch war die Scanqualität zu schlecht, um genügend Details zu erfassen, also kontaktierte er STAX3D, einen Vertriebspartner von Artec 3D, zwecks einer Zusammenarbeit, um einen neuen Schwanz für Herrn Stubbs herzustellen.

Vorbereitungen zum Abtasten des Alligators. Bild: STAX3D

Michael Andrew von STAX3D sagte: „Als Justin uns anfangs kontaktierte, waren wir sehr neugierig und nicht sicher, worauf wir uns einlassen würden.“ STAX3D hatte bereits Erfahrungen mit der Herstellung von Prothesen mit Artec-Scannern, jedoch bisher nur für Menschen.

Einmal vor Ort, benutzte Stax3D eine Artec Eva, um ein hochauflösendes 3D-Modell des „gegossenen Schwanzes“ eines kürzlich verstorbenen, ähnlich großen Alligators herzustellen (Georgi und sein Team hatten den selben Schwanz als Modell für frühere Prothesen verwendet). Der Artec 3D-Scanner Eva arbeitet mit Lichtstrahlen, die ein Muster auf die Oberfläche des Objekts werfen. Sobald dieses Lichtmuster auf den Scanner zurückfällt, wird das verzerrte Licht von der Software Artec Studio umgehend analysiert, die Form des Objekts identifiziert und in hoher Auflösung mit bis zu 16 Bildern pro Sekunde aufgezeichnet.

Stax 3D verarbeitete die resultierenden Daten in Artec Studio, modifizierte das 3D-Modell, bearbeitete einige Fehler und passte Größe und Passform so an, dass sie perfekt zu dem passten, was von Mister Stubbs Schwanz übrig war. Die Spezialisten exportieren die Datei als STL – und daraus wurde schließlich der 3D-gedruckte Schwanz erstellt.

Artec Eva war aufgrund seiner leistungsstarken Auflösung perfekt für dieses Projekt geeignet: Es erfasst Details von nur 0,5 mm Größe, kann aber auch für große Objekte, wie den Schwanz eines Königsalligators, oder etwas noch Größeres verwendet werden.

„Wir waren erstaunt über die Schnelligkeit und Qualität des Artec Scanners im Vergleich zu unserem ersten Versuch.“, sagte Dr. Georgi.

Artec Eva war aufgrund ihrer starken Auflösung perfekt für dieses Projekt geeignet. Bild: STAX3D

Als sie sahen, wie sie das digitale Modell betrachten und modifizieren konnten, waren Georgi und sein Team mehr als zufrieden. „Die feine Kontrolle über Details von Größe und Form des Schwanzes, wie wir sie mit dem digitalen Verfahren erreichen, gibt uns die Möglichkeit, tatsächlich mit verschiedenen Eigenschaften zu experimentieren, so dass wir auf einer direkteren Ebene verstehen können, wie die Prothese Mister Stubbs beeinflusst.“, sagte er.

Nach dem 3D-Druck des Custom-Models erstellten die Forscher einen Silikonabdruck, aus dem mehrere prothetische Schwänze für Herrn Stubbs angefertigt wurden.

Mittlerweile verhält sich das Tier, wenn ihm eine Schwanzprothese anschnallt wird, so natürlich, als wäre sie schon immer da gewesen. Mister Stubbs zeigt keinerlei Anzeichen von Stress oder Unannehmlichkeiten beim Tragen –  ein Beweis dafür, dass er sich mit der Prothese wohl fühlt.

Mittlerweile verhält sich das Tier, wenn ihm eine Schwanzprothese anschnallt wird, so natürlich, als wäre sie schon immer da gewesen. Bild: STAX3D

Mister Stubbs hat nun seine Einschränkungen hinter sich gelassen und verhält sich immer mehr wie ein normaler Alligator. Er schwimmt weit hinaus und taucht nach Essen, genau wie seine kaltblütigen Artgenossen.

In den nächsten 50-60 Jahren seines Lebens, wenn er größer wird (erwachsene Alligatoren können bis zu 6 Meter lang werden), muss Mister Stubbs mit bis zu 40 neuen Schwänzen ausgestattet werden. Jetzt, da sie ihr 3D-Modell haben, sind Anpassungen sowie das Drucken neuer Schwänze ein Kinderspiel.

Russ Johnson, Präsident der Phoenix Herpetological Society, sagte der Zeitung der Arizona Republic: „Er wird hier ein langes und glückliches Leben haben.“

Das CORE-Institut spendete alle seine Arbeiten und Materialien für dieses spezielle Projekt. Für die Oberfläche der Prothese wurde Dragon Skin® verwendet. Dieses sehr spezielle Material ist ein leichtes, flexibles Silikon, das häufig zur Herstellung von Spezialeffekten und Animatronik im Film sowie in der Prothetik verwendet wird.

Das 3D-Modell des Schwanzes in Sketchfab

Dieses Beispiel zeigt einen großen Schritt nach vorne in der Alligatorprothetik, jedoch sorgt 3D-Scanning und -Druck auch im Bereich der Humanprothetik immer größere Fortschritte. „Das ist nicht mehr die Zukunft, das ist die Gegenwart.", sagte Andrew. „Mit dieser Technologie können Unternehmen und Einzelpersonen die Grenzen bisheriger Herstellungsverfahren für Prothesen überwinden, zahlreiche Arbeitsschritte und viel Zeit sparen."

Alle Beteiligten hoffen, dass der neue Schwanz von Mister Stubbs mehr  Aufmerksamkeit auf diese dynamische Branche lenken wird. „Wir kratzen bislang lediglich an der Oberfläche hinsichtlich dessen, was 3D-Scannen und Drucken im Bereich der Prothetik leisten kann.", schließt Dr. Georgi. „Ich denke, das Wichtigste, was Mister Stubbs' Fall listen kann, ist, die Phantasie anderer zu wecken und sie zu inspirieren, die Grenzen des Denkbaren noch weiter zu verschieben.“

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