Artec Eva scansiona ossa di Homo Naledi di 250.000 anni fa in una buia grotta sotterranea

Riepilogo: Gli archeologi al lavoro nel sito avevano bisogno di un modo per catturare digitalmente queste ossa senza danneggiare loro o l'ambiente circostante.

L'obiettivo: Scansionare e catturare digitalmente in 3D i resti scheletrici fossilizzati di una specie estinta di ominidi (un antenato dell'essere umano) in un'inaccessibile grotta in Africa.

Strumento utilizzato: Artec Eva

La più grande ricerca di fossili di Homo naledi, un antenato dell'uomo precedentemente sconosciuto agli scienziati, è stata sottoposta a scansione con Artec Eva.

Questa storia è iniziata con un viaggio ricreativo speleologico al sistema di grotte Rising Star, a nord-ovest di Johannesburg, nell'ottobre del 2013. Due speleologi, Rich Hunter e Steven Tucker, hanno deciso di esplorare una sezione sconosciuta della grotta. Entrando in quello che ora è chiamato "lo scivolo", Hunter e Tucker si sono calati per 12 metri sino a una camera inesplorata della grotta che, in seguito, è stata denominata camera Dinaledi, essendo quest'ultimo il nome sesotho delle stelle, da cui "camera delle stelle". Qui i due hanno scoperto un piccolo tesoro di ossa fossili che hanno fotografato e che hanno poi mostrato al Professor Lee Berger dell'Università del Witwatersrand (Wits University).

La camera Dinaledi è risultata contenere 15 scheletri fossili di una specie estinta di ominide.

L'istinto di Berger gli ha suggerito che ciò che avevano trovato avrebbe potuto cambiare per sempre la comprensione delle nostre origini, il che si è rivelato corretto - la camera Dinaledi è risultata contenere 15 scheletri fossili di una specie estinta di ominide (antenato dell'uomo), chiamato provvisoriamente Homo naledi. La scoperta ha fornito elementi di prova di un loro complesso rituale di comportamento, quale la disposizione dei morti in una camera separata, che è stata a lungo ritenuta una caratteristica prettamente umana.

Non appena è stata mostrata a Berger la prima foto del sito, questi ha deciso di avviare una spedizione e di impostare una richiesta sui social media:

Berger ha deciso di avviare una spedizione e impostare una richiesta sui social media.

"Cari colleghi - ho bisogno dell'aiuto di tutta la comunità scientifica per raggiungere il maggior numero possibile di gruppi di professionisti. Abbiamo bisogno di tre o forse quattro individui, con eccellenti capacità di scavo archeologico/paleontologico, per un progetto a breve termine che potrebbe partire presto, il 1° novembre del 2013 o la fine del mese, se l'organizzazione va come previsto. La richiesta è la seguente - le persone devono essere molto magre e preferibilmente piccole. Non devono essere claustrofobiche, devono essere in buona forma fisica e dovrebbero avere qualche esperienza di speleologia, preferibilmente anche di arrampicata. Devono essere disposte a lavorare in spazi ristretti, oltre ad avere un buon carattere e spirito di squadra. Data la natura altamente specializzata e forse rara di ciò che sto cercando, sarei disposto a considerare un dottorando esperto o uno studente di Master molto ben addestrato, anche se sarebbe desiderabile una maggiore esperienza (scienziati esperti con PH.D sono i benvenuti). Non vi è nessun limite di età. Non credo che avremo molto denaro a disposizione - ma rimborseremo i voli, l'alloggio (anche se si tratterà di un accampamento), il cibo e naturalmente sarà garantita la collaborazione lungo il percorso. Chiunque sia interessato è pregato di contattare me direttamente. Le mie scadenze, a questo proposito, sono davvero ravvicinate, in modo che chiunque può diffondere la voce, anche lontano, tra i gruppi di professionisti. Molte grazie, Lee".

Gli speleologi e gli scienziati hanno dovuto passare attraverso piccole buche, salire il Dragon's Back (una parete di roccia di 15 metri all'interno della grotta) per poi scendere giù per 12 metri di scivolo andando incontro a uno spazio di 18 cm.

Nel novembre del 2013, ha avuto luogo una spedizione iniziale di tre settimane per recuperare l'ominide rimasto all'interno della grotta Rising Star. Accedere ai fossili non è stato un compito facile - gli speleologi e gli scienziati hanno dovuto passare attraverso piccole buche, risalire il Dragon's Back (una parete di roccia di 15 metri all'interno della grotta) per poi scendere giù per 12 metri di scivolo andando incontro a uno spazio di 18 cm.

La camera Dinaledi è accessibile solo da individui relativamente esili, poiché la zona della grotta che conduce in basso, verso la camera, è veramente stretta. Per intraprendere gli scavi  sono stati scelti sei paleoantropologi, archeologi e antropologi esperti. Dopo la prima spedizione, era evidente che i resti dell'ominide trovato nella camera facevano, di fatto, parte di almeno 15 individui, per cui, una seconda spedizione, durata due settimane, ha avuto luogo nel marzo del 2014 con lo scopo di recuperare il resto del materiale.

L'uso di un'apparecchiatura di registrazione dello scavo di tipo tradizionale è sembrato inutile e si è reso necessario un nuovo approccio per la raccolta a elevata risoluzione dei dati spaziali.

A causa dei vincoli della grotta Rising Star e della camera Dinaledi, l'uso di un'apparecchiatura di registrazione dello scavo di tipo tradizionale è sembrato inutile e si è reso necessario un nuovo approccio per la raccolta a elevata risoluzione dei dati spaziali. Una delle persone che hanno risposto alla chiamata di Berger era Ashley Kruger, che aveva completato il suo Master presso l'Evolutionary Studies Institute, alla Wits University e che era alla ricerca di un Dottorato in paleoantropologia. Kruger ha aderito al progetto nel mese di ottobre del 2013, appena prima che gli scavi presso la grotta Rising Star venissero effettuati.

La registrazione della posizione dei fossili è stata completata con Artec Eva.

"Assieme al Professor Berger abbiamo deciso che questa scoperta potrebbe essere la perfetta opportunità per utilizzare la visualizzazione 3D durante gli scavi presso il sito e in questo modo si completerebbe parte del mio Dottorato" dice Kruger. "Durante gli scavi, in qualsiasi sito palaeontologico, è essenziale registrare la posizione degli elementi recuperati sul posto per aiutare i ricercatori nella ricostruzione del sito stesso in un secondo momento e nella comprensione del contesto del materiale fossile recuperato".

La registrazione della posizione dei fossili, attuata di solito con un sistema a griglia, o stazione totale, è stata completata con Artec Eva.  Kruger ha raccolto i dati di scansione dagli scavatori, ha renderizzato e assemblato i dati e, quindi, ha compilato i diversi strati di scavi in 3D per mettere assieme ciascun elemento recuperato e collocarlo in un più ampio contesto spaziale.

Questa immagine è fatta di scansioni effettuate in quattro distinte fasi durante il processo di scavo. Gli strati di base, di color marrone, mostrano i limiti della fossa di scavo, mentre gli strati di colore blu e arancione mostrano i fossili in corso di scavo e in due distinte giornate, nel marzo del 2014. Possono essere visti chiaramente gli elementi articolati di una mano fossile e di una parte di un arto inferiore. L'immagine è apparsa per la prima volta nell'articolo "A new star rising: Biology and mortuary behavior of Homo naledi": RANDOLPH-QUINNEY, Patrick S. A new star rising: Biology and mortuary behavior of Homo naledi. S. Afr. j. Sci.[online]. 2015, vol.111, n.9-10, pp. 01-04. ISSN 1996-7489.

Artec Eva è stato utilizzato per eseguire la scansione della zona di scavo che comprendeva i fossili in situ (rimasti ancora nei sedimenti). "Passare" la zona desiderata con lo scanner ha prodotto una visualizzazione in tempo reale della zona su un computer portatile ausiliario. Quindi, lo strato con i fossili (mai più di 5 cm. di spessore) è stato rimosso e la superficie scoperta è stata scansionata con Eva.

L'area di scavo all'interno della camera Dinaledi del sistema Rising Star durante il mese di marzo del 2014. L'immagine mostra una serie di resti articolati, ma anche non articolati, che sono stati recuperati dopo il completamento della scansione.

Documentare gli scavi all'interno della camera Dinaledi con Eva è servito a due scopi. In primo luogo, sono stati raccolti i dati spaziali circa la posizione e l'orientamento (assiale e di superficie) di ogni osso. In secondo luogo, i dati registrati nel corso di questo processo sono stati portati alla luce, dopo ogni scansione, per consentire agli scienziati, che erano in superficie, di fornire indicazioni agli scavatori idraulici riguardanti le tecniche di recupero e gli scavi.

Un'istantanea dell'area di scavo all'interno della camera Dinaledi, che mostra i numerosi resti della stratigrafia di scavo. È chiaramente visibile una mascella (al centro).

"Sono rimasto stupito di quanto semplice e precisa possa essere una tecnologia di livello così elevato in condizioni meno che ideali," dice Kruger. "Il team ha imparato a utilizzare gli scanner in poco meno di un'ora. Utilizzando questa tecnologia si accelera in modo significativo l'intero processo di recupero, riducendo alcune attività, che avrebbero occupato alcune ore, a pochi minuti."

Ashley Kruger sperimenta Eva sul collega John Hawks. Foto: Account Twitter della spedizione Rising Star.

"Con progetti come questo, le ossa devono essere documentate al loro posto e in relazione al sito di scavo," dice Kruger. "Normalmente, questo comporta la registrazione manuale delle posizioni dei fossili e dei riferimenti incrociati con una griglia stabilita. La tecnologia Artec è stata in grado di semplificare immensamente questo processo, nonostante esso fosse estremamente impegnativo e in condizioni limite".

La squadra sopra il terreno guarda come le scansioni 3D sono renderizzate durante gli scavi. Le scansioni 3D sono state utilizzate per documentare gli scavi e il modo di procedere degli scienziati.

La post-elaborazione è stata gestita nell'Artec Studio 9 (e più recentemente Artec Studio 10 Professional). Ogni passaggio di scansione comprendeva un certo numero d’immagini separate assemblate in un unico strato. Ogni scansione è stata poi registrata per acquisire punti di triangolazione 3D. Una volta che la registrazione è stata completata, gli strati separati sono stati allineati manualmente, utilizzando un minimo di tre punti di riferimento. Questi punti di riferimento erano una combinazione fissa di marcatori d'indagine all'interno della camera Dinaledi e di attributi fisici dell'area di scavo, che sono stati salvati in ciascuna scansione per fornire un grado ottimale di registrazione.

Uno degli scavatori, K. Lindsay Hunter, monitora una scansione 3D e un altro scavatore esegue la scansione della zona di scavo. (Fotografia di Elen Feuerriegel)

Una volta che l'allineamento è stato completato, la registrazione globale permette ai dati di scansione di essere unificati in modo accurato. Ciò ha prodotto una rappresentazione 3D a griglia dell'area di scansione. La griglia 3D è stata poi sovrapposta a una mappa fotografica strutturata che è stata salvata da Artec Eva in concomitanza al momento della scansione. Dopo la compilazione di ogni scansione 3D, ogni superficie è stata esportata ed è stata poi unita alle altre per creare una superficie unica composta da più scansioni. Ciò ha consentito alle aree di scavo e alla camera di essere visualizzate, attraverso il progredire dello scavo, in un ambiente 3D.

Due scavatori eseguono la scansione della zona di scavo della camera Dinaledi con Artec Eva, prima di rimuovere i fossili.

I fossili documentati con Eva sono stati rimossi dal sito e trasportati alla Wits University, dove sono state catalogati. Questo è ora il più grande fossile di ominide mai trovato sul continente africano, con 1.550 elementi recuperati e numerati. Il progetto, che ha coinvolto una quarantina di scienziati, è documentato in due articoli scientifici e nello speciale documentario di NOVA/National Geographic "L'alba dell'Umanità".

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