I ricercatori usano Kinect per scansionare il cranio di T. rex

L’anno scorso, un team di dentisti forensi ha ottenuto l’autorizzazione per eseguire una scansione 3D del pregiato tirannosauro Rex teschio al Field Museum of Natural History di Chicago, nel tentativo di spiegare alcuni strani fori nella mandibola.

Dopo aver scoperto che i loro scanner dentali ad alta risoluzione non erano in grado di gestire una mascella grande come quella di un tirannosauro, hanno contattato il gruppo Camera Culture del Media Lab del MIT, che aveva recentemente fatto notizia con un sistema prototipo per la produzione di scansioni 3D ad alta risoluzione .

Il prototipo non era pronto per un lavoro così grande, tuttavia, quindi i ricercatori di Camera Culture hanno utilizzato $ 150 in hardware e alcuni software gratuiti per mettere a punto un sistema che da allora ha prodotto una scansione 3D dell’intera lunghezza di cinque piedi T. rex cranio, che un team di ricercatori (tra cui dentisti, antropologi, veterinari e paleontologi) utilizza per analizzare i fori.

I ricercatori di Media Lab riportano i loro risultati nell’ultimo numero della rivista PLOS One.

“Molte persone saranno in grado di iniziare a usarlo”, afferma Anshuman Das, ricercatore presso il gruppo Camera Culture e primo autore dell’articolo. “Questo è il messaggio che voglio inviare alle persone che in genere sarebbero tagliate fuori dall’uso della tecnologia, o ad esempio, paleontologi o musei che hanno un budget molto limitato. Ci sono così tanti altri campi che potrebbero trarne vantaggio”.

Das è affiancato sul giornale da Ramesh Raskar, professore di arti e scienze dei media al MIT, che dirige il gruppo Camera Culture, e da Denise Murmann e Kenneth Cohrn, i dentisti forensi che hanno lanciato il progetto.

Il sistema utilizza Microsoft Kinect, una fotocamera con rilevamento della profondità progettata per i videogiochi. Il software integrato di Kinect produce una “nuvola di punti”, una mappa 3D di punti in una scena visiva da cui brevi lampi di luce infrarossa sono stati riflessi su un sensore. Il software gratuito chiamato MeshLab analizza la nuvola di punti e deduce la forma delle superfici che l’hanno prodotta.

Uno scanner 3D commerciale di fascia alta costa decine di migliaia di dollari e ha una risoluzione di profondità di circa 50-100 micrometri. La risoluzione del Kinect è solo di circa 500 micrometri, ma costa circa $ 100. E 500 micrometri sembrano essere sufficienti per far luce sulla questione dei misteriosi fori nella mascella del T. rex cranio.

Enigma del Cretaceo

Scoperto nel 1990, il Field Museum’s T. rex scheletro, noto come Sue, è il più grande e completo mai trovato. Per anni, è stato ampiamente ipotizzato che i fori nella mascella fossero segni di denti, probabilmente da un attacco di un altro tirannosauro. Le creste di crescita attorno ai bordi dei fori mostrano che Sue è sopravvissuta a qualunque cosa li abbia causati.

Ma la distanza tra i fori è irregolare, il che non è coerente con i modelli di morso. Nel 2009, un gruppo di paleontologi dell’Università del Wisconsin ha suggerito che i fori potrebbero essere stati causati da un’infezione da protozoi, contratta mangiando prede infette, che è penetrata dalla mascella di Sue dall’interno verso l’esterno.

La scansione 3D prodotta dai ricercatori del MIT e dai loro collaboratori mette in dubbio entrambe queste ipotesi. Mostra che gli angoli ai quali i fori attraversano la mascella sono abbastanza incoerenti da non essere stati quasi certamente causati da un singolo morso. Ma mostra anche che i fori si assottigliano dall’esterno verso l’interno, il che mina l’ipotesi di un’infezione alla bocca.

Uno dei grandi vantaggi delle scansioni 3D è che possono essere condivise in remoto. Il Field Museum limita il tempo che i ricercatori possono trascorrere con il cranio di Sue, quindi l’analisi dei paleontologi del Wisconsin si è basata in gran parte su fotografie. Ma le fotografie non consentono il confronto dei diametri dei fori sulle superfici interna ed esterna.

E se i ricercatori che lavorano con una scansione avessero bisogno di esaminare una particolare caratteristica in dettaglio, potrebbero usare una stampante 3D per costruire una replica. Per dimostrare questa capacità, Das e i suoi colleghi hanno usato la loro scansione del cranio di Sue per produrne alcuni modelli, a un ottavo delle dimensioni reali.

Ricerca a distanza

Das prevede che le scansioni Kinect potrebbero rivelarsi utili in altri campi, come l’archeologia e l’antropologia, come potrebbero in paleontologia. Un archeologo che dissotterra un manufatto grande e fragile in un angolo remoto del mondo potrebbe scansionarlo e condividere immediatamente la scansione con i colleghi di tutto il mondo.

“È quella dimensione critica”, dice Das. “Se è qualcosa di veramente piccolo, puoi usare uno scanner 3D. Ma se hai qualcosa di fisso che è difficile da spostare, ti basta indossare il [Kinect] rig e cammina.”

In effetti, quando Das ha scansionato il cranio di Sue, ha montato il Kinect in un’imbracatura modificata e lo ha indossato sul petto. Lo spazio in cui ha eseguito la scansione era di forma irregolare e presentava vari ostacoli inamovibili, quindi gli ci è voluto del tempo per trovare un percorso che gli permettesse di mantenere una distanza fissa dal cranio mentre camminava. Ma una volta identificato il percorso, la scansione stessa ha richiesto circa due minuti.

Nel lavoro in corso, Das, Murmann, Cohrn, Raskar e un team di collaboratori, tra cui i paleontologi del Wisconsin, stanno esaminando i modelli di frammentazione ai bordi dei fori e alle profondità e ai diametri dei fori, per vedere se possono dedurre qualcosa su la forma, la durezza e la velocità di qualunque oggetto possa averle causate.