News
ข่าวประชาสัมพันธ์
blog
อัปเดต 29.04.2021
DNH 155: Artec Space Spider ช่วยสร้างกะโหลกศีรษะอายุ 2 ล้านปีขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร
สวัสดี!
"ส่วนนี้จะต้องเล่าเรื่องนี้ให้ฟัง" เสียงในอีกด้านหนึ่งของสายของ Jesse Martin นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย La Trobe และผู้ร่วมเขียนโครงการกล่าว "เนื่องจากหากไม่มีเครื่องสแกนและซอฟต์แวร์ Artec 3D การสร้างกะโหลก DNH 155 ขึ้นมาใหม่ที่ทุกคนกำลังอ่านอยู่จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้"
Martin ร่วมกับ Dr. Angeline Leece ผู้ร่วมวิจัยร่วมกับศาสตราจารย์ Andy Herries และทีมงานคนอื่น ๆ นำ Artec Space Spider ของพวกเขาไปใช้ประโยชน์
เครื่องสแกน 3 มิติแบบใช้มือถือถูกเรียกใช้ในทุกขั้นตอนของการขุดค้นและสร้างชิ้นงานที่ไม่ธรรมดาของเผ่าพันธุ์มนุษย์ในสมัยโบราณขึ้นมาใหม่ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นพยานถึงการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการระดับจุลภาคภายในสายพันธุ์ของมัน
บทความวิจัยฉบับเต็มได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Ecology & Evolution เมื่อวันที่ 9 พฤศจิกายน 2020
เมื่อทีมบินออกจากฐานบ้านเกิดที่เมลเบิร์น ออสเตรเลียไปยังแอฟริกาใต้ Space Spider แบบพกพาของพวกเขาได้ถูกนำขึ้นเครื่องบินเป็นกระเป๋าถือขึ้นเครื่อง
หลายวันต่อมามีการจับภาพชิ้นส่วนกะโหลก DNH 155 ชิ้นแรกที่โผล่ออกมาจากพื้นดินของแอฟริกาใต้ และหลังจากการสแกนหลายร้อยครั้งและการทำงานที่เหนื่อยล้าในภาคสนามเป็นเวลาหลายเดือนและกลับมาที่ห้องทดลอง Space Spider ก็กำลังสแกนกะโหลกที่สร้างขึ้นใหม่ในขั้นสุดท้ายเพื่อสร้างภาพสำหรับงานวิจัย
DNH 155 ซึ่งเป็นกะโหลกที่เกือบสมบูรณ์ของสายพันธุ์ Paranthropus robustus หนึ่งในญาติห่าง ๆ ของเราถูกขุดพบจาก Drimolen Main Quarry ทางตอนเหนือของ Johannesburg ประเทศแอฟริกาใต้ในปี 2018 โดย Samantha Good นักเรียนโรงเรียนภาคสนาม
ในขณะที่การค้นพบฟอสซิลส่วนใหญ่ประกอบด้วยเพียงฟันหรือกระดูกหรือกะโหลกศีรษะที่กระจัดกระจาย แต่ชิ้นส่วนของ DNH 155 จำนวนหลายร้อยชิ้นถูกพบในบริเวณใกล้เคียงกัน แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าพวกเขาแค่คลิกเข้าด้วยกันเหมือนจิ๊กซอว์
ในสนามที่ Drimolen ด้วยความช่วยเหลือของผู้อำนวยการร่วม Stephanie Baker ในช่วงหลายวันที่ผ่านมา Leece ได้หั่นตะกอนขนาดใหญ่ที่ฝังอยู่ในฟอสซิลออกจากพื้นดินอย่างระมัดระวัง
เมื่อสิ่งเหล่านี้พร้อมแล้ว Martin ก็ลงมือทำงานโดยใช้ท่อนไม้และเครื่องมืออื่น ๆ เพื่อดึงชิ้นส่วนกะโหลกแต่ละชิ้นออกจากดินอย่างระมัดระวัง เพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนหลุดออกจากกันมันจึงถูกผสมด้วยกาวของนักอนุรักษ์เพื่อยึดทุกอย่างไว้ในที่เดียวกับที่มันเคยอยู่มาเป็นเวลาหลายปี
เพื่อให้กาวละทิ้งการจับตะกอนและซากดึกดำบรรพ์ภายใน Martin จะทำให้พื้นผิวของบล็อกเปียกซ้ำ ๆ ด้วยอะซิโตนเพื่อให้กาวอ่อนตัวลง
จากนั้นก็เป็นเรื่องของการหยิบหรือปัดดินทีละมิลลิเมตรอย่างเบามือหรือแม้กระทั่งเป่าดินออกผ่านหลอดดูดก่อนที่กาวจะแห้งอีกครั้ง ทันทีที่ฟอสซิลชิ้นหนึ่งปรากฏชัดเขาจะหยิบ Space Spider ของเขาขึ้นมาและจับชิ้นส่วนพร้อมกับพื้นผิวทั้งหมดของตะกอน
ในคำพูดของ Martin "ในขณะนี้มีการจับ 22 ชนิดที่เกี่ยวข้องซึ่งคุณต้องทำความสะอาดฟอสซิลและเก็บรักษาไว้ แต่ในการทำเช่นนั้นคุณต้องแยกมันออกจากกันด้วย ซึ่งหมายความว่าคุณต้องทำลายสถานที่เดิมนั้นเพื่อที่จะนำฟอสซิลกลับมารวมกันได้อย่างถูกต้อง"
เขากล่าวต่อว่า "ดังนั้นการสแกน 3 มิติด้วยการสแกนฟอสซิลแต่ละชั้นด้วย Space Spider สิ่งนี้ทำให้ฉันมีบันทึกที่แน่นอนและหลังจากนั้นฉันก็สามารถนำสิ่งต่าง ๆ กลับไปที่เดิมได้"
และตลอดระยะเวลากว่า 300 ชั่วโมง Martin และ Leece ก็ทำเช่นนั้น ด้วยคอลเลกชันของการสแกน Space Spider ที่ทำงานในซอฟต์แวร์ Artec Studio ควบคู่ไปด้วยเมื่อใดก็ตามที่มีคำถามเกี่ยวกับตำแหน่งและตำแหน่งที่พบชิ้นส่วนบางอย่างการคลิกง่าย ๆ เพียงไม่กี่ครั้งก็ทำให้เกิดการสแกนแบบดิจิทัลเป็นสองเท่าซึ่งจะเปิดเผยคำตอบในไม่กี่วินาที
Space Spider มีความสำคัญเช่นกันในขณะที่สร้าง DNH 155 ขึ้นมาใหม่จากชิ้นส่วนมากกว่า 250 ชิ้น "ฟอสซิลแต่ละชิ้นถูกสแกนหลายครั้งตลอดกระบวนการสร้างใหม่ด้วยตนเองซึ่งเรากำลังรวบรวมฟอสซิลเข้าด้วยกัน" Martin กล่าว
"สิ่งนี้ทำให้เรามีบันทึก 3 มิติที่แน่นอนของการทำซ้ำแต่ละครั้งในระหว่างการสร้างใหม่ ดังนั้นเพื่อมุ่งเน้นไปที่ DNH 155 ด้วย Space Spider เราได้สแกนมันหลายครั้งในสนามและกลับมาที่ห้องทดลองของเราที่มหาวิทยาลัย Johannesburg ด้วย"
Martin อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการนี้ว่า "เนื่องจากเราสแกนชิ้นส่วนขนาดใหญ่ทีละชิ้นในระหว่างการสร้างใหม่เราจึงมีรายละเอียดภายในทั้งหมดของกะโหลกด้วย หากคุณคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ไม่มีวิธีการดั้งเดิมใดที่สามารถเข้าไปในกะโหลกศีรษะได้ (ยกเว้นการสแกน CT) เมื่อกะโหลกศีรษะกลับมารวมกัน แต่เนื่องจาก Space Spider นั้นรวดเร็วมากจึงเป็นเรื่องง่ายที่เราจะสแกนชิ้นส่วนแต่ละชิ้นก่อนที่จะสร้างใหม่ครั้งสุดท้าย"
Martin เน้นย้ำสิ่งที่เขาเชื่อว่าเป็นข้อดีที่สุดอย่างหนึ่งของ Space Spider "ทั้งสองวิธีแบบดั้งเดิมที่นักโบราณคดีใช้การวัดแสงและการวัดด้วยตนเองด้วยคาลิปเปอร์และไม้บรรทัดเกี่ยวข้องกับการจัดการฟอสซิลมากเกินไป ซึ่งหมายความว่าไม่ช้าก็เร็วฟอสซิลจะถูกขีดข่วนและบิ่น ถ้าไม่แย่กว่านี้"
Martin กล่าวเสริมว่า "ในคอลเลกชันฟอสซิลที่ฉันเคยไปเยี่ยมชมครั้งแล้วครั้งเล่าฉันได้เห็นกระดูกและฟันที่มีรอยขีดข่วนและบิ่นจากการวัดคาลิปเปอร์มาหลายปี ด้วยเครื่องสแกน Artec สิ่งนั้นจะไม่เกิดขึ้นเลยแม้แต่ครั้งเดียว"
เขาอธิบายเพิ่มเติมว่า "การสแกน 3 มิติด้วย Artec Space Spider ของเราไม่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับฟอสซิลเพื่อที่จะวัดได้อย่างแม่นยำในเวลาเพียงไม่กี่นาที ฉันสามารถสแกนกะโหลก hominid ได้ 1,000 ชิ้นและจะไม่มีความเสียหายใด ๆ แต่ถ้านักวิจัยทำเช่นเดียวกันกับวิธีการวัดเส้นผ่าศูนย์กลางแบบดั้งเดิมซึ่งไม่ว่าจะเป็นโลหะหรือพลาสติกก็จะต้องได้รับความเสียหาย ไม่ต้องพูดถึงว่าการวัดทางกายวิภาคต่าง ๆ ด้วยเครื่องวัดเส้นผ่าศูนย์กลางนั้นต้องการการจัดตำแหน่งที่แปลกและน่าอัศจรรย์ของซากดึกดำบรรพ์ซึ่งอาจเป็นอันตรายและทำให้หัวใจหยุดเต้นได้"
Martin อธิบายขั้นตอนการสแกนตามปกติของเขากับ Space Spider: "ฉันทำการส่งครั้งแรกกับสแกนเนอร์ค่อย ๆ ยกและลดสแกนเนอร์ขณะที่ฉันหมุน turntable ที่วางฟอสซิล จากนั้นฉันจะพลิกฟอสซิลและทำแบบเดียวกันกับอีกด้านหนึ่ง ใช้เวลามากที่สุดเพียงไม่กี่นาที นั่นจะทำให้ฉันมีการทับซ้อนและครอบคลุมพื้นผิวเพียงพอสำหรับฟอสซิลที่จะเสร็จสมบูรณ์เมื่อฉันทำการแปรรูป"
ใน Artec Studio Martin ใช้ยางลบเพื่อลบพื้นหลัง หลังจากนั้นเขาก็จัดแนวการสแกน หลังจากนั้นเขาจะทำการลงทะเบียนทั่วโลกเพื่อลงทะเบียนการสแกนจากนั้นจึงทำการลบค่าผิดปกติและฟิวชั่นที่คมชัด
เขาอธิบายทางเลือกของเขาดังนี้: "ถ้าฉันกำลังดู hominid crania ฉันต้องการดูลักษณะเชิงคุณภาพทั้งหมดให้ดีดังนั้นฉันจึงตั้งค่าความแม่นยำเป็น 100 ไมครอน จากนั้นฉันจะสามารถมองเห็นทุกสิ่งที่ฉันต้องการเช่น เส้นขมับ, รอยประสานกะโหลก, ฟอรามีนา ฯลฯ"
หลังจากตรวจสอบให้แน่ใจว่าโมเดลกันน้ำได้แล้ว Martin ก็เปิดพื้นผิวจากนั้นส่งออกการสแกนเป็นไฟล์ WRL "ฉันเลือก WRL ไม่เพียงเพราะเป็นรูปแบบสากลเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะฉันต้องการให้พื้นผิวแยกออกจากรูปทรงเรขาคณิตด้วย เมื่อคุณทำงานในแบบที่เราเป็นคุณต้องการที่จะลบสีนั้นออกไปดังนั้นคุณสามารถดูลักษณะเชิงคุณภาพได้เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่เราใช้ซ้ำ ๆ กัน"
Martin กล่าวถึงความสำคัญของการทำงานโดยตรงกับรูปทรงเรขาคณิตของซากดึกดำบรรพ์ว่า "เมื่อนักวิจัยดูการสแกนโดยปิดสีซึ่งทำได้ง่ายใน Artec Studio พวกเขาสามารถมองเห็นได้มากกว่าที่คิดไว้และมากกว่าที่คิดไว้อย่างแน่นอน มากกว่าที่พวกเขาจะเห็นเมื่อมองไปที่ฟอสซิลด้วยตัวเอง"
Martin กล่าวต่อไปว่า "เพื่อให้คุณได้เห็นตัวอย่างที่โดดเด่นในเรื่องนี้ฉันจะบอกคุณเกี่ยวกับสิ่งที่ Space Spider เปิดเผย เมื่อเราสแกนกะโหลกศีรษะที่แตกต่างกันเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวอย่างนี้มีอายุประมาณสองล้านปีและเมื่อเสียชีวิตเพียง 2 หรือ 3 ปี ตอนที่คุณยังเด็กกระดูกกะโหลกของคุณจะค่อนข้างนิ่มกว่าเนื่องจากยังไม่ได้หลอมรวมกันและสมองของคุณจะเติบโตอย่างรวดเร็วและกดทับกับกะโหลกศีรษะที่อ่อนนุ่มของคุณ"
"ตอนนี้คุณมองไม่เห็นเมื่อตรวจดูกะโหลกศีรษะด้วยสายตาแม้แต่นักวิจัยที่ได้รับการฝึกฝนก็ยังทำไม่ได้ ดูเหมือนว่ามีรอยกระแทกและรอยขีดข่วน แต่บนพื้นผิวภายในของกะโหลกศีรษะเมื่อคุณอยู่ใน Artec Studio และคุณลบพื้นผิวออกจากการสแกน Space Spider มีรอยประทับที่งดงามที่สุด เช่นเดียวกับการดู CT scan ที่ทันสมัยของสมอง hominid อายุ 2 ล้านปีนี้"
Martin กล่าวต่อว่า "สมองทิ้งรอยประทับที่ชัดเจนไว้ในกะโหลกศีรษะ คุณสามารถดูรายละเอียดต่าง ๆ เช่น หลอดเลือดเยื่อหุ้มสมองตรงกลาง, การแสดงผล sulcal และ gyral เป็นต้น เราสามารถตีความได้อย่างง่ายดายว่าส่วนใดของสมองอยู่และไม่อยู่ คิดเกี่ยวกับเรื่องนั้นสักครู่ ตอนนี้เราสามารถศึกษาสมองอายุ 2 ล้านปีได้เนื่องจากรอยประทับของสมองบนกะโหลกศีรษะที่เราสแกนด้วย Space Spider เมื่อคุณลบพื้นผิวออกจากการสแกนคุณจะเห็นทุกอย่างในรายละเอียดที่สวยงาม"
DNH 155 ยังได้รับการพิมพ์แบบ 3 มิติจากการสแกนของ Space Spider ด้วยผลลัพธ์ที่ได้ก็ไม่มีอะไรน่าประหลาดใจ แม้แต่นักวิจัยที่มีประสบการณ์ก็ยังประหลาดใจเมื่อได้เห็นภาพพิมพ์ 3 มิติที่เหมือนจริงของฟอสซิลอายุ 2 ล้านปีที่เปราะบางนี้เป็นครั้งแรก
Martin แสดงให้เห็นว่าระดับของรายละเอียดที่ Space Spider จับได้มีความสำคัญเพียงใดเมื่อสร้างกระดูกโฮมินิดด์ขึ้นมาใหม่ "จริง ๆ แล้วเราสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนกะโหลกศีรษะ 3 มิติที่เราสแกนได้และพวกมันจะเลื่อนเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์แบบกับซากดึกดำบรรพ์ของตัวมันเอง รอยประสานทั้งหมดขอบทั้งหมดจับคู่กันได้อย่างไม่มีที่ติ"
Martin เริ่มใช้ Space Spider ในปี 2015 หลังจากได้รับการแนะนำให้รู้จักกับสแกนเนอร์และซอฟต์แวร์ Artec Studio โดย Dr. Justin Adams จาก Monash University ด้วยคำแนะนำโดยตรงจาก Adams ภายใต้เข็มขัดของเขาใช้เวลาประมาณสิบชั่วโมงในการใช้งาน Martin จึงจะเชี่ยวชาญกับมัน
"นั่นไม่ใช่เพราะฉันเป็นอัจฉริยะด้านการสแกน แต่เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงเทคโนโลยีและความเข้าใจง่ายเพียงใด สิ่งที่ดีที่สุดไม่ใช่เพียงแค่พลังและความสะดวกในการใช้งานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสามารถในการพกพาซึ่งทำให้เป็นโซลูชันที่เรานำออกไปใช้จริงในภาคสนามตลอดเวลา" Martin กล่าว
Ben Myers ผู้อำนวยการฝ่ายการสแกน 3 มิติที่ Thinglab ซึ่งเป็นตัวแทนจำหน่ายที่ได้รับการรับรองจาก Artec Gold ซึ่งตั้งอยู่ในเมลเบิร์นให้ความเห็นเกี่ยวกับการใช้เครื่องสแกน 3 มิติของ Artec ในงานโบราณคดีและอื่น ๆ โดยกล่าวว่า "เราภูมิใจที่มี Jesse Martin และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ La Trobe University ลูกค้าและสนับสนุนพวกเขาด้วยวิธีที่ดีที่สุด เราเชื่อว่า Artec 3D มอบโซลูชันการสแกน 3 มิติให้กับนักวิจัยและผู้เชี่ยวชาญด้านอื่น ๆ ตั้งแต่เดสก์ท็อป Artec Micro, Eva, Space Spider และ Leo แบบพกพาไปจนถึง Artec Ray ที่ติดตั้งขาตั้งกล้อง แอปพลิเคชันการจับภาพดิจิทัลที่เป็นไปได้ทั้งหมดอยู่ใกล้แค่เอื้อม"
การสแกนได้รับการสนับสนุนจาก University of Johannesburg ทุนการศึกษาระดับปริญญาเอกของ La Trobe University สำหรับนักวิจัย Jesse Martin และโครงการ Australian Research Council Discovery (DP170100056) ให้กับศาสตราจารย์ Andy Herries
แล้วพบกันใหม่!