2023 Autor: Luccile Osborne | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-22 02:10
Ein Bastler fand 1858 in New Jersey das erste fast vollständige Dinosaurierskelett, zu Zeiten von Gentlemen-Wissenschaftlern, Gaslampen und extrem gekräuselten Röcken. Eineinhalb Jahrhunderte später arbeiten Paläontologen immer noch in einer Ausgrabung im südlichen Teil des Bundesstaates. Kenneth Lacovara, Paläontologe an der Drexel University in Philadelphia, erbte die Stätte von Generationen von Paläontologen vor ihm.
Einige von Lacovaras Plänen für das, was er hier findet, sind jedoch völlig neu. In den letzten Jahren hat er einige Projekte mit der neuesten Technologie für die Paläontologie gestartet. Zu seinen neuesten Plänen gehört die Herstellung von Roboterdinosauriern mit einem 3D-Drucker.
"Ich glaube, ich hatte schon immer eine Vorliebe dafür, die neuesten Technologien zu übernehmen, wenn sie verfügbar sind", sagte er gegenüber InnovationNewsDaily.
n
Die Ausgrabungsstätte sieht sofort überirdisch und ein wenig wie ein heimeliger Sumpf aus. Eine ehemalige Mine, eine riesige Schüssel, die tief in die Erde gegraben wurde. Alles in der Schüssel besteht aus nassem, schwarzem Sand: Wände, Boden und Sandhügel stapeln sich um den Boden. Bäche aus eisenfarbenem Wasser schnitten durch den Boden der Vertiefung. Eine Population von Sumpfgräsern wächst um einen eisenroten Teich an einem Ende der Schüssel.
Hier sind viele Zeiträume vertreten. Es gibt die Erinnerung an die viktorianische Ära, die Blütezeit der Paläontologie in New Jersey. Es gibt Austern, Fische, Schildkröten, Krokodile und schwimmende Komododrachen, sogenannte Mosasaurier, die vor ungefähr 65 Millionen Jahren hier in einem Ozean lebten. Und es gibt einen Hinweis auf die Zukunft, da einige der High-Tech-Methoden von Lacovara in Zukunft wahrscheinlich ein üblicher Bestandteil der paläontologischen Praxis werden, sagen externe Experten.
Digitale Datenbanken für Fossilien
Laserscanner, 3D-Drucker und digitale Datenbanken gewinnen bei Paläontologen gerade erst an Bedeutung. Die meisten haben keinen 3D-Drucker verwendet, aber jeder kennt jemanden, der dies getan hat, sagte Daniel Fisher, Paläontologe an der Universität von Michigan, der Laserscanning und 3D-Druck verwendet.
"Ich denke, das ändert sich schnell", sagte er. "Als eine neue Generation von Studenten hinzukam, waren viele von ihnen dem irgendwie ausgesetzt. Da die Leute sich dessen bewusster sind, werden sie anfangen, es zu benutzen." [10 unglaubliche 3D-Druckprodukte]
Lacovaras Labor in Philadelphia ist ein Beispiel. Er ist stolz darauf, dass die von ihm betreuten Studenten mit der neuen Technologie, die er für das Labor gekauft hat, vertraut sind und sich im Vergleich zu ihnen als altmodisch bezeichnen. Am Tag bevor InnovationNewsDaily die Ausgrabung in New Jersey besuchte, sahen wir, wie Athena Patel, eine Studentin der Biologie, einen versteinerten Fischschädel mit einem im vergangenen März erworbenen Laser-Lacovara scannte.
Der Laser fegte über die Oberfläche des Schädels, sammelte Millionen von Datenpunkten und schickte sie an einen Laptop, wo ein 3D-Modell des Fossils auf dem Bildschirm angezeigt wurde. Dies war einer von mehreren Scans, die Patel gemacht hat. Bei jedem einzelnen Durchlauf werden einige Bereiche des Schädels übersehen. Zwischen den Scans verwendete sie ein Computerprogramm, um mehrere Scans auszurichten und ein vollständiges Bild des Fossils zu erhalten.
Später benutzte sie ein anderes Computerprogramm, um den Schädel umzuformen, der sich während der Fossilisierung abflachte. "So können wir eine schöne 3D-Ansicht davon bekommen, wie es aussah, anstelle dieses Fischpfannkuchens hier", erklärte Lacovara.
Da sie einen eigenen Laserscanner haben und keine Geräte eines anderen Labors mehr ausleihen müssen, möchte Lacovara jedes wichtige Fossil scannen, das er hat. Er möchte in seinem Labor eine digitale Version der raumhohen Schubladeneinheiten und mit Luftpolsterfolie ausgekleideten Regale bauen, die mit Originalproben gefüllt sind, die er und seine Schüler aus Patagonien und New Jersey ausgegraben haben. Es wird eine Fossiliensammlung sein, die sich im Laufe der Zeit niemals verschlechtern oder Exemplare verlegen wird. "Sie wären überrascht, wie oft Exemplare in Museen verloren gehen", sagte Lacovara.
Zusammen mit Paläontologen der University of California in Berkeley und des Canadian Museum of Nature erklärte Fisher gegenüber InnovationNewsDaily, wie hilfreich digitalisierte Fossiliensammlungen sind. Alle drei Institutionen schaffen sie. Mit digitalen 3D-Daten müssen Wissenschaftler, die ein Fossil untersuchen möchten, das in einem anderen Labor in Übersee aufbewahrt wird, nicht reisen, um dies zu tun. Zwei Paläontologen auf der ganzen Welt werden in der Lage sein, dasselbe Fossil gleichzeitig zu betrachten und bei der Analyse zusammenzuarbeiten. Wissenschaftler können verzerrte Fossilien wie den gescannten "Fischpfannkuchen" -Patel reparieren oder daraus Animationen erstellen, die das kanadische Naturmuseum für seine Ausstellungen erstellt.
Laut Fisher wird das Laserscannen in paläontologischen Labors wahrscheinlich genauso verbreitet sein wie Mikroskope. "Wahrscheinlich wird der Tag kommen, an dem die meisten Labors Zugang zu einem hochwertigen Digitalisierer haben", sagte er.
Vielleicht müssen zukünftige Paläontologen mit jeder Veröffentlichung, die sie veröffentlichen, Hyperlinks zu digitalisierten Versionen ihrer Fossilien bereitstellen, sagte Lacovara. Dies werde den wissenschaftlichen Prozess der Überprüfung der Ergebnisse anderer verbessern, sagte er.
3D gedruckte Dino-Bones
Eine der aufregendsten Anwendungen für digitale Daten besteht darin, dass Wissenschaftler sie an 3D-Drucker senden und sie dann in Plastiknachbildungen des echten Geschäfts drucken können. Die Forscher können dann mit den Faksimiles arbeiten und die Originale aufbewahren, um sie in einem besseren Zustand zu erhalten. Lacovara sagte, er wolle die Ausdrucke verwenden, um Dinosaurierroboter zu bauen und zu untersuchen, wie sich die Tiere bewegten.
Nur einen Block vom Biologiegebäude entfernt, in dem Lacovara sein Labor hat, beherbergt das Labor von Ingenieur James Tangorra einen 3D-Drucker, Fischroboter in unterschiedlichen Demontagezuständen und einen Wassertank von der Größe eines Couchtischs. Tangorra untersucht, wie die natürliche, effiziente Bewegung von Tieren in Robotern nachgeahmt werden kann. Er arbeitet daran, Robotermuskeln zu schaffen, die an Lacovaras 3D-gedruckten Knochen befestigt werden können. Wenn er fertig ist, druckt er auch die Knochen in seinem Labor. [Eidechsen springen! Schwanz hilft Roboter, das Gleichgewicht zu halten]
Einer der ersten Roboter, die Tangorra und Lacovara zusammen herstellen, ist das Glied eines Sauropoden, der zur Familie der großen Pflanzenfresser gehört, zu denen auch Apatosaurier gehören, die im Volksmund als Brontosaurier bekannt sind. Sie werden das Glied skalieren: So wie Menschen PDFs verkleinern können, kann Lacovara die digitalen Daten eines Laserscans auf nur 2% oder 3% der Originalgröße reduzieren. Andernfalls ist es für ihn und ein Team von Studenten unmöglich, ein Sauropodenglied in voller Größe zu heben.
Lacovara wird die Extremitätenknochen in verschiedenen Konfigurationen zusammenfügen und nach dem energieeffizientesten Design suchen. In gewisser Weise wird er die Evolution replizieren, indem er verschiedene Mutationen ausprobiert und herausfindet, welche am besten funktioniert. Wissenschaftler glauben, dass die effizienteste Skelettanordnung die echte sein wird, die das Tier zu Lebzeiten hatte, erklärte er, weil ein Pflanzenfresser, der 60 Tonnen auf die Waage brachte, wahrscheinlich die gesamte Energie sparte, die er konnte. "Sie werden für Ineffizienzen teurer bezahlen als Sie oder ich", sagte er. So wie es war, musste ein Sauropod wahrscheinlich ungefähr eine Tonne Blätter pro Tag essen, um seinen Energiebedarf zu decken.
Wissenschaftler können solche Effizienzstudien auch vollständig am Computer durchführen und dabei ein Programm verwenden, um die 3D-Daten eines Laserscans zu bearbeiten. Oft funktioniert diese Methode gut und es besteht keine Notwendigkeit, Knochen auszudrucken, sagte Fisher. Die meisten Wissenschaftler könnten diese Methode in Zukunft verwenden, da der 3D-Druck wahrscheinlich zu zeitaufwändig und teuer bleiben wird, sagte er voraus.
Der Vorteil eines Ausdrucks ist, dass kein Programm die gesamte Mathematik und Physik der realen Welt genau nachbildet, sagte Lacovara. Ein Programm kann Variablen auslassen, an die der Programmierer nicht gedacht hat, aber in der realen Welt besteht keine Gefahr dafür. Es kann sogar Kräfte geben, die auf Skelette wirken, von denen kein Wissenschaftler weiß, "aber sie sind immer noch im System vorhanden, weil die reale Welt so funktioniert", sagte er.
Neben Fortbewegungsstudien könnte die Paläontologie den 3D-Druck auch auf andere Weise nutzen, so Lacovara und Fisher. Zum Beispiel könnte es Wissenschaftlern helfen, Knochen auszufüllen, die in ihren Fossilien fehlen. Während des Besuchs von InnovationNewsDaily zog Lacovara eine seiner Laborschubladen heraus und enthüllte eine versteinerte Meeresschildkrötenpanzer aus New Jersey, das erste Exemplar, das er jemals mit einem Laser gescannt hatte. Die Schale war fast perfekt, bis auf eine große fehlende Platte oder Rippe auf der linken Seite der Schildkröte. Doch die rechte Rippe war da. Lacovara sagte, er könne die lasergescannten 3D-Daten über die rechte Rippe nehmen und auf einem Computer invertieren, um die digitalen Pläne für den 3D-Ausdruck der linken Rippe zu erstellen.
Vor dem 3D-Scannen wären solche Inversionen schwierig durchzuführen. Der Paläontologe müsste die Form für die fehlende Rippe von Hand herstellen, also müsste er oder sie ein genauer Künstler sein, sagte Fisher. Andererseits kann ein Computerprogramm mit einem Klick eine perfekte Inversion erzeugen.
3D-Drucker könnten auch Tischmodelle oder Museumsdisplays herstellen. "Denken Sie daran, dass sie auch in Farbe drucken können", sagte Lacovara, was bedeutet, dass ein 3D-gedrucktes Museumsmodell so gefärbt werden kann, dass es wie echte Knochen aussieht. Ein Paläontologe würde den Unterschied leicht erkennen können, fügte er hinzu, Museumsbesucher jedoch nicht.
Altmodische Feldarbeit
Zurück in New Jersey wurde jedoch die gesamte Technologie zurückgelassen, als die Schüler Schulbusse zum Schotterparkplatz der Bergbaufabrik fuhren, der das Gelände gehört, und dann durch ein Waldgebiet zur Ausgrabung gingen. Einmal im Schlamm angekommen, benutzten sie viele der gleichen Werkzeuge wie ihre viktorianischen Vorgänger: Spaten und Schaufeln, um die schwarzen Sandhügel beiseite zu schieben; Schlitzschraubendreher und Pinsel für feinere Arbeiten.
Ein paar Studenten sprachen über ihre Liebe zu ruhigeren Städten in Montana und im Bundesstaat New York und sagten, sie könnten sich nicht vorstellen, in New York City zu leben, wo InnovationNewsDaily ansässig ist.
"Vielleicht mehr als andere Wissenschaft hat Paläontologie eine historische Perspektive", sagte Lacovara. Jedes Papier, das ein Paläontologe über eine bestimmte Ausgrabung oder Art schreibt, muss über die Geschichte dieses Gebiets oder Tieres sprechen, sagte Lacovara, damit Paläontologen am Ende etwas über ihre Vorgänger erfahren. "Die alten Paläontologen gehen wirklich nie aus dem Gedächtnis."
Trotz der aufregenden Technologie, die er im Labor hat, sagte Lacovara, dass er Feldarbeit auch am liebsten mag. Wenn er in Patagonien arbeitet, lebt er monatelang in einem Zelt. Zu Hause in den Vororten hält er Hühner und Bienen. "Sie wissen, Prospektion, die Aufregung der Entdeckung und die Befriedigung, Dinge beim Ausgraben aus dem Boden auftauchen zu sehen", sagte er. "Es ist einfach gut hier raus zu kommen."
Dieser Artikel wurde ursprünglich bei InnovationNewsDaily hier veröffentlicht
