“Riportare in vita” i dinosauri tramite scanner medici e stampanti 3D

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Copie accurate di ossa fossilizzate si possono realizzare attraverso l’uso combinato di tomografia computerizzata (TAC) e le stampanti 3D, secondo quanto riferito in un articolo pubblicato oggi sulla rivista Radiology. La tecnica offre agli scienziati un modo non distruttivo di trasporto e movimentazione di fossili rari o fragili.

Per proteggere questi esemplari da eventuali danni di trasporto, i fossili sono spesso conservati in involucri di gesso o calchi. Questi involucri devono essere abbastanza forti da proteggere i fossili ma dovrebbero anche essere separati agevolmente dal campione che contiene quando viene rimosso. E’ proprio durante la rimozione del gesso e dei sedimenti circostanti che il fossile é maggiormente in pericolo: può perdere materiale o addirittura andare distrutto. Ciò si verifica in genere quando l’intonaco si é incollato rapidamente all’osso fossile.

Fossile stampa in 3d

Un gruppo di ricercatori tedeschi ha scoperto che utilizzando la TAC e le stampanti 3D si potrebbe separare l’osso fossile dalla sua matrice di sedimenti circostante in modo tale da non danneggiare il campione e quindi riuscire anche a produrre una copia in 3D di questo.

Applicando questo metodo ad un fossile non identificato presso il Museum Fuer Naturkunde di Berlino, i ricercatori hanno scansionato l’osso con un sistema multi-rilevatore a 320 sezioni per mettere in evidenza la diversa attenuazione (cioè l’assorbimento di radiazioni) attraverso l’osso e la matrice di sedimenti circostanti, chiaramente raffigurante la vertebra fossile.

La scansione ha fornito informazioni anche sulle condizioni e l’integratà del campione, come le fratture altrimenti sconosciute, e ha aiutato i ricercatori a fare un’accurata ricostruzione del fossile. Quindi, utilizzando un sistema di sinterizzazione laser – un processo che utilizza laser ad alta potenza per fondere materiali con l’aggiunta di sottili strati orizzontali di plastica – é stato creato una copia accurata in 3D del fossile.

Teschio di 400 milioni stampato 3d

L’impatto sulla paleontologia

Secondo Richard Brian Gunderman, professore di radiologia presso l’Indiana University, che non è stato coinvolto nello studio, gli scanner TAC sono in grado di determinare le esatte dimensioni strutturali di un oggetto, fino a frazioni di millimetro.

Questi dati possono poi essere utilizzati per costruire una replica precisa di oggetti di grande interesse storico, come i violini di Stradivari, i quali sono stati realizzati in modo tale da ottenere un suono simile a quelli originali.

“Questa tecnologia é stata una vera e propria manna per i paleontologi negli ultimi anni”, ha dichiarato John Long, professore di Paleontologia presso la Flinders Universiy. “Una volta ci basavamo su metodi che richiedevano una meticolosa preparazione di delicati fossili di roccia e potevamo osservarne solo le loro caratteristiche esterne. Ora usiamo micro scanner TAC e sincrotroni (acceleratori di particelle) possiamo indagare ogni angolo del fossile fino alle singole celle e strutture del tessuto, senza dover rischiare di danneggiare il campione”. “In combinazione con le avanzate tecniche di stampa 3D, ora possiamo sezionare i crani fossili antichi e stampare le due metà mettendone in evidenza l’anatomia con una definizione chiara e dettagliata. Tutto questo ha senza dubbio rivitalizzato la paleontologia”.

Ahi Sema Issever, della Charité campus Mitte di Berlino e uno degli autori dello studio, ha spiegato: “Il vantaggio più importante apportato da questo metodo é che non si tratta di una tecnica distruttiva, in questo modo il rischio di danneggiare il fossile é minimo. Inoltre non solo questo metodo consente di effettuare uno scambio a livello globale di fossili rari in qualsiasi quantità ma i dati sui campioni possono anche essere condivisi digitalmente tra istituti di ricerca, musei e scuole, proteggendo il fossile originale”.

Darren Curnoe, professore associato presso l’Università del New South Wales, concorda affermando: “Fossili famosi come il Bambino Taug in Sudafrica – il primo resto fossile arcaico di ominide dell’albero evolutivo umano – é stato stato danneggiato gravemente in seguito a 90 anni di continuo studio da parte degli scienziati. Quasi tutti coloro che vedono il fossile vogliono prendere un paio di misure del reperto, e così facendo si danneggiano questi pezzi di inestimabile valore per il nostro patrimonio collettivo. Dobbiamo fare meglio e questa tecnologia potrebbe essere la sola risposta possibile”. Sebbene favorevole a questa innovazione tecnologica il professore avverte i ricercatori che non devono fare troppo affidamento su immagini tomografiche e stampe 3D per trarre le loro conclusioni. “Sarà importante studiare attentamente il fossile originale per determinare l’affidabilità di un’immagine generata al computer. In alcuni casi la sostituzione della parte ossea da parte di altri minerali o la presenza di inclusioni solide possono influenzare la qualità delle immagini TAC e avere delle conseguenze sui risultati della stampa 3D”. “Per gli scienziati sarà ancora fondamentale in primo luogo studiare gli esemplari originali e poi fare interpretazioni utilizzando la tomografia TAC e la stampa 3D”.

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Il professore associato Curnoe concorda dicendo : “Qualsiasi modello ottenuto con la tecnica TAC deve mettere correttamente in evidenza la distinzione tra l’osso reale e l’osso mancante, o anche da materiali come il gesso, utilizzato in passato per ricostruire le parti mancanti. Ciò é particolarmente importante in quanto la maggior parte dei fossili rinvenuti sono incompleti o distorti. In fin dei conti non c’é nulla di meglio di poter osservare un fossile reale per comprendere appieno l’anatomia e lo stato di conservazione di un fossile. Ma per il tipo di lavoro che devono fare gli scienziati, in particolare gli studenti post-laurea, i modelli 3D sarebbero incredibilmente utili in un momento in cui il finanziamento può essere molto difficile da ottenere”.

Al di là dei fossili

Alcuni esperti ipotizzano che dei risultati di questo studio potrà beneficiare il campo medico, per esempio nella costruzione e il montaggio di impianti di chirurgia ortopedica. Altri ritengono che la tecnica potrebbe essere usata per modellare le ossa reali e altri tessuti, come i cadaveri che si sono conservati sotto i ghiacci o nelle torbiere.
Martin Baumers, ricercatore presso l’Università di Nottingham, vorrebbe vedere l’attuazione di una biblioteca virtuale per la raccolta dei modelli e stampe 3D. Egli ritiene che in questo modo si possa aiutare la creazione una ricerca collaborativa, permettendo ad esperti di diverse discipline di condividere e recuperare i modelli 3D per la stampa oppure che posa essere utile anche per un utilizzo commerciale. Per il professore la svolta arriverà quando i paleontologi avranno la capacità di realizzare macchine portatili da portare direttamente sul campo per eseguire le scansioni di fossili ancora sepolti sotto strati di roccia, in modo tale da determinare la reale portata del fossile prima ancora di effettuare lo scavo.

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