Мечта аллигатора исполнена: сканер Artec Eva помог подарить Мистеру Стаббсу новый хвост

Кратко: После того, как одному аллигатору откусили хвост, заботливые специалисты решили ему помочь. Используя новейшие достижения в области 3D-сканирования и печати, они создали для него новый хвост.

Задача: Сканировать в 3D хвост аллигатора, создать точную 3D-модель и использовать её в изготовлении протеза хвоста для мистера Стаббса. Сохранить 3D-модель для изготовления протезов в будущем.

Инструменты: Artec Eva, Artec Studio

Сканеры компании Artec 3D помогли раненому аллигатору обрести новый хвост и шанс на выживание

Когда полицейские штата Аризона остановили на дороге подозрительный грузовик, они меньше всего ожидали увидеть 32 кишащих внутри аллигатора.

Полицейские обратились за помощью в Герпетологическое общество Финикса (Аризона), когда поняли, что находятся буквально по шею в аллигаторах. Тогда беспризорные аллигаторы, включая Мистера Стаббса, были переданы на попечительство Герпетологического общества, в котором в настоящее время содержатся полторы тысячи рептилий.

Вскоре одному из аллигаторов, у которого не было хвоста, дали кличку Мистер Стаббс (от англ. «раненый»).

Потеря хвоста – серьезная проблема для аллигатора. Изображение предоставлено: STAX3D

Потеря хвоста – серьезная проблема для аллигатора. Его отсутствие означает, что, помимо неспособности плавать в глубоких водоёмах (из-за высокого риска утонуть), животному трудно обеспечивать себе пропитание.

Аллигаторы быстро ловят добычу: они атакуют жертву, делая резкий бросок за счёт своего хвоста. А для Мистера Стаббса это означает, что до тех пор, пока какое-нибудь неуклюжее животное не поскользнётся перед его открытой пастью, он так и останется голодным.

Проблемы с пребыванием в воде были отчасти решены, когда его научили плыть по-собачьи с помощью передних лап. Неидеальное решение, но, по крайней мере, он перестал переворачиваться на спину и тонуть.

У президента Герпетологического общества Финикса Раса Джонсона появилась идея, как сделать для Мистера Стаббса нечто большее.

Он обратился к д-ру Марку Йоковски и его ассистенту Саре Ярвис из Центра ортопедических исследований и обучения, которые обладают большим опытом оказания ортопедической помощи людям. Команда была в сборе, и специалисты приступили к рассмотрению возможных вариантов создания протеза хвоста для аллигатора.

3D-модель будущего хвоста Мистера Стаббса. Изображение предоставлено: STAX3D

Д-р Джастин Джорджи, ассистент профессора анатомии Аризонского Университета Среднего Запада, который многие годы изучал повадки аллигаторов и других рептилий, предложил помощь в изучении движений Мистера Стаббса, чтобы создать хвост, который максимально подходил бы аллигатору.

С помощью особей аллигаторов разных размеров из своей лаборатории д-р Джорджи и Саманта Эрроус, практикант из Высшей школы биологических наук Финикса, вместе с д-ром Йокофски и его командой специалистов, рассчитали размеры, массу и плотность материала для будущего хвоста Мистера Стаббса – такого, который обеспечил бы ему правильные пропорции и равновесие.

После того, как провели все необходимые измерения, д-р Джорджи выбрал одну особь из своей лаборатории в качестве модели для будущего хвоста. Для моделирования самого протеза д-р Джорджи обратился за консультацией к д-ру Йокофски и его команде из ортопедического центра The CORE Institute.

“Без хвоста Мистер Стаббс не может не только хорошо плавать, но и свободно передвигаться, – поясняет д-р Джорджи. – И то, как он приспособился это делать, угрожает состоянию его костей и суставов”.

До этого момента д-р Джорджи уже предпринимал попытку сделать трехмерный снимок хвоста аллигатора с помощью лазерного 3D-сканера, но качество изображения оказалось настолько низким, что невозможно было передать все детали. Поэтому он связался с дистрибьютором Artec 3D, компанией STAX3D, и предложил им принять участие в создании нового хвоста для Мистера Стаббса.

Подготовка к сканированию аллигатора. Изображение предоставлено: STAX3D

Майкл Эндрю из STAX3D рассказывает: “Когда Джастин в первый раз связался с нами, мы были заинтригованы и не имели чёткого представления о том, в чём нам предстоит участвовать”. У компании STAX3D ранее был опыт изготовления протезов с помощью сканеров Artec, но только для людей.

Специалисты Stax3D прибыли на место и начали сканирование с Artec Eva слепка хвоста аллигатора схожего размера, умершего незадолго до этого (д-р Джорджи и его команда ранее использовали тот же хвост в качестве модели для протеза). 3D-сканер Artec Eva испускает световые лучи и улавливает их отражение от поверхности объекта. Световая проекция мгновенно анализируется программой Artec Studio, где форма объекта идентифицируется и записывается в высоком разрешении со скоростью до 16 кадров в секунду.

Специалисты Stax3D обработали полученные данные в Artec Studio, отредактировали 3D-модель и исправили некоторые недочеты. Они подобрали размер и очертания модели так, чтобы она идеально совмещалась с оставшейся небольшой частью хвоста Мистера Стаббса. Затем файл экспортировали в формате STL и изготовили модель на 3D-принтере.

Artec Eva оказался превосходным для данного проекта благодаря мощному разрешению: он способен передавать мельчайшие детали с точностью до 0,5 мм, и, при этом, его можно использовать для крупных объектов, таких, как огромный хвост аллигатора, или чего-либо еще массивнее.

“Нас поразила скорость и качество работы сканера Artec, по сравнению с нашей предыдущей попыткой”, - говорит д-р Джорджи.

Artec Eva оказался превосходным для данного проекта благодаря мощному разрешению. Изображение предоставлено: STAX3D

Когда специалисты почувствовали необычайно высокую степень контроля в процессе просмотра и редактирования цифровой модели, д-р Джорджи и его команда пришли в восторг. “Контроль мельчайших деталей, размера и очертаний хвоста, которого мы достигли с помощью цифровой обработки, дает возможность экспериментировать с различными свойствами. Так что теперь мы можем точнее отслеживать влияние протеза на жизнедеятельность Мистера Стаббса”, - поясняет д-р Джорджи.

После 3D-печати модели ученые с её помощью изготовили силиконовый слепок. Было создано несколько протезов хвоста для Мистера Стаббса.

Теперь каждый раз, когда аллигатору надевают один из протезов, он ведет себя настолько естественно, что создаётся впечатление, будто он жил с ним всегда. Нет никаких признаков стресса или дискомфорта в процессе ношения протеза. Это подтверждает, что он подходит Мистеру Стаббсу идеально.

Теперь каждый раз, когда аллигатору надевают один из протезов, он ведет себя настолько естественно, что создаётся впечатление, будто он жил с ним всегда. Изображение предоставлено: STAX3D

Мистер Стаббс отвыкает от прежних ограничений и всё чаще ведет себя, как обычный аллигатор. Он плавает, ныряет и охотится, бросаясь на свою жертву, ровно так же, как и его хладнокровные соседи.

На протяжении следующих 50-60 лет, поскольку Мистер Стаббс будет расти (взрослые аллигаторы могут достигать шести метров в длину), ему потребуется не менее 40 различных по величине протезов. Поэтому теперь, когда в распоряжении учёных имеется 3D-модель, вносить изменения и изготавливать на 3D-принтере новые протезы не составит особого труда.

Расс Джонсон, президент Герпетологического общества Финикса, в интервью газете Arizona Republic сказал: “У него будет долгая и счастливая жизнь”.

Ортопедический центр The CORE Institute принял безвозмездное участие в этом удивительном проекте и бесплатно предоставил все материалы, включая Dragon Skin®, который послужил верхним слоем протеза. Это очень лёгкий пластичный силикон, используемый в основном при создании спецэффектов и анимации в кинематографе, а также протезов.

3D-модель хвоста в Sketchfab

Это определенно большой скачок в области разработки протезов для аллигаторов, но технологии 3D-сканирования и печати делают еще больший прорыв в создании человеческих протезов. “Это не будущее – это настоящее, - говорит Эндрю. – Внедряя эту технологию, и компании, и отдельные специалисты имеют возможность избежать ограничений, свойственных традиционным методам изготовления протезов. Такая технология исключает множество этапов работы и экономит значительное количество времени”.

Все участники этого проекта надеются, что новый хвост Мистера Стаббса привлечет еще большее внимание к этой динамично развивающейся сфере. “То, что нам удалось сделать с помощью 3D-сканирования и печати – это лишь верхушка айсберга в области протезирования, - говорит д-р Джорджи. – Я считаю, самое важное в нашем проекте, вероятно, то, что он может вдохновить других специалистов продолжать расширять границы возможного”.

Связаться с нами