Escaneando en 3D en Rancho La Brea

13/10/2019

Esqueleto de lobo gigante desenterrado en Rancho La Brea

Hace 12.000 años, el corazón mismo de Los Ángeles, California, tenía grandes reservas de depósitos naturales de asfalto (también conocido como'alquitrán') escondidos bajo la superficie. Por no hablar del fondo de los arroyos y estanques. Cuando animales como mamuts, bisontes, caballos, perezosos de tierra y camellos se aventuraban a bajar al agua para saciar su sed, ocasionalmente se quedaban atrapados en el pegajoso alquitrán que se filtraba hasta la superficie. Tan sólo 4 cm (1,5 pulgadas) de asfalto líquido eran suficientes para atrapar a un bisonte o incluso a un mamut.

Recreación de un mamut y un tigre de dientes de sable atrapados en el alquitrán, de Titans of the Ice Age

Los depredadores, incluyendo lobos gigantes (Canusdirus), tigres de dientes de sable (Smilodonfatalis) y leones americanos (Pantheraleoatrox), los veian luchando indefensos en su lugar y se lanzaban para lo que pensaban que iba a ser una comida fácil. Pronto tanto el depredador como la presa quedaban atrapados en el implacable lodo, donde ambos morían de hambre y se descomponían lentamente en la superficie, con algunos de sus restos enterrados con el tiempo en sedimentos saturados de alquitrán.

Tigre de dientes de sable en el museo de Rancho La Brea

El museo de Rancho La Brea es el hogar de una colección de fósiles que han sido desenterrados de esos mismos depósitos de alquitrán que aún burbujean desde que los científicos comenzaron a estudiarlos en 1906. En total, más de 3.5 millones de especímenes han sido descubiertos en Rancho La Brea a lo largo de los años. Estos fósiles tienen una antigüedad de hasta 50.000 años.

El museo de Rancho La Brea

Los pozos de alquitrán han sido un tesoro para los paleontólogos de todo el mundo, con un gran número de especímenes bien conservados descubiertos. Por poner un ejemplo, han desenterrado los restos de más de 3.600 lobos.

Pozo 91 en Rancho La Brea

Desde hace años, los investigadores llevan a cabo una serie de estudios sobre los especímenes, entre los que se incluyen la datación por radiocarbono y otros análisis moleculares que proporcionan datos sobre los cambios bióticos a lo largo del tiempo que pueden correlacionarse con los cambios ambientales y el impacto humano. La datación por radiocarbono les permite poner una fecha precisa a estas antiguas plantas, insectos, aves, reptiles, anfibios, mamíferos y conchas, y gradualmente desarrollar una visión mucho más clara de cómo era el medio ambiente local miles de años antes de que los humanos llegaran y se establecieran.

Esto es crucial no sólo para comprender el pasado, sino también para ayudar a los científicos a interpretar con mayor precisión los cambios que se están produciendo en el medio ambiente actual, así como para predecir mejor lo que podría suceder en las décadas y siglos venideros, y para ayudar en la planificación de la conservación.

Fósiles encontrados en el Pozo 91, uno de los más de 100 pozos en La Brea Tar Pits

Antes de la datación por radiocarbono, que es un tipo de prueba destructiva, el museo realizaba moldes de yeso de fósiles, con el fin de preservar los originales para su estudio. La fotogrametría con cámara DSLR también se empleó brevemente para cada espécimen, lo que supuso largos tiempos de procesamiento y una enorme acumulación de fósiles esperando en estanterías y cajas.

Estantes de fósiles almacenados en el museo de Rancho La Brea

Luego se enteraron de cómo se puede usar la digitalización 3D en paleontología, cómo acelera significativamente los flujos de trabajo al mismo tiempo que aumenta la precisión y abre un abanico de posibilidades mediante la impresión y visualización en 3D, además de permitir los archivos digitales.

Esqueleto de León americano en el museo de Rancho La Brea

Los especialistas en digitalización 3D, distribuidores certificados de Artec Rapid Scan 3D les mostraron el Artec Space Spider, un escáner profesional de mano de luz estructurada que crea rápidamente modelos 3D de objetos, incluso de formas orgánicas complejas, como fósiles, de calidad metrológica. Con una precisión de hasta 0,05 mm, Space Spider hacía en cuestión de minutos lo que antes le llevaba horas.

Chris Strong, de Rapid Scan 3D, dice: "Cuando nos fijamos en los niveles de detalle que La Brea necesitaba para escanear fósiles y huesos en 3D, era evidente que Artec Space Spider era la elección ideal". El Space Spider es portátil y fácil de usar, para todos, desde principiantes hasta usuarios avanzados. Somos capaces de capturar datos de alta resolución con información de color en cuestión de minutos. Hace años que implantamos los escáneres Artec en la industria aeroespacial y médica con gran éxito. La misma tecnología puede ser usada para la preservación del patrimonio, así como para escanear huesos y fósiles".

Carrie Howard sosteniendo la sexta vértebra cervical de un camello desenterrada del asfalto

En palabras de Carrie Howard, especialista en imágenes de La Brea, "Space Spider captura con precisión las complejas geometrías de los huesos. Algunas de estas formas y características de la superficie son difíciles de capturar, desde las curvas de barrido de la costilla de un bisonte, hasta los largos dientes caninos maxilares de dientes de sable, así como los metatarsianos del oso de cara corta, entre otros... Space Spider nos permite capturar todo esto en un color 3D de alta resolución perfectamente real".

"Uno de nuestros proyectos iniciales incluía 400 ejemplares. Los escaneamos y procesamos rápidamente, y luego continuamos con otros. Ahora somos capaces de manejar muchos más especímenes de los que solíamos hacer en el pasado, mientras que con la fotogrametría, el tiempo necesario para esta cantidad de especímenes era tres veces mayor".

Vértebra extrema de lobo descubierta durante el proyecto 23 de excavación del museo

El proceso de digitalización 3D de Howard con Space Spider dura unos minutos en la mayoría de los casos: simplemente coloca un espécimen en una pequeña plataforma giratoria, coge Space Spider y, a continuación, gira lentamente la plataforma giratoria a medida que mueve el escáner hacia arriba y hacia abajo, capturando así todas las facetas y superficies. Durante el proceso, el software del escáner, Artec Studio, muestra el escaneo en tiempo real a medida que se realiza. Si se pasa por alto alguna zona, es inmediatamente visible, y el área puede ser fácilmente escaneada de nuevo. A continuación, se da la vuelta a la muestra y se repite el proceso.

Digitalización 3D de una mandíbula de lobo con Artec Space Spider

El posprocesamiento se realiza en Artec Studio, lo que implica alinear y registrar los escaneos en un modelo 3D unificado, "réplica digital perfecta", que luego se exporta como un archivo OBJ y se archiva.

Modelo 3D de la mandíbula del lobo gigante, escaneado con Artec Space Spider

Recientemente, el museo probó el Artec Micro, un escáner 3D de sobremesa automatizado de precisión metrológica diseñado para escanear objetos pequeños con una precisión de hasta 10 micras. El museo cuenta con una extensa colección de pequeños ejemplares de una gran variedad de plantas y animales, incluyendo huesos de aves, caracoles de agua dulce y una amplia gama de semillas. El flujo de trabajo de escaneo es fácil: simplemente montan una muestra en la plataforma de escaneo de Micro y tras varios clicks el escáner se encarga  de todo. La plataforma gira, mientras que la luz azul estructurada de Micro y las cámaras gemelas capturan todas las características de las superficies de la muestra desde todos los ángulos posibles.

Como se puede ver en la foto, los visitantes del Museo pueden observar a Space Spider en acción desde el otro lado del vidrio, junto a una pantalla que muestra el escaneado 3D del fósil en tiempo real (a través de Artec Studio). Frente a la ventana de digitalización 3D se encuentra el Laboratorio de fósiles del Museo, conocido como "Fishbowl", un laboratorio semicircular, cerrado con cristal, en el que tanto niños como adultos pueden observar de cerca a los paleontólogos a medida que examinan, limpian y catalogan una amplia variedad de hallazgos fósiles.

Las  bases de datos en línea de especímenes de modelos 3D para investigadores cercanos y lejanos, así como diversos tipos de divulgación pública local y virtual, incluso para escuelas y universidades, han sido y continuaran siendo puntos de interés para el Museo.

Dos proyectos adicionales, actualmente en la etapa de exploración y desarrollo, utilizarán AR (realidad aumentada) para aumentar el compromiso público con los recursos paleontológicos de Rancho La Brea a través de exhibiciones interactivas e inmersivas. Estos proyectos se beneficiarían enormemente de los modelos tridimensionales creados por Space Spider, junto con otras tecnologías digitales, para aumentar el conocimiento público de la ciencia y reducir los conceptos científicos erróneos que hay en la sociedad en general.