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Estudios de casos de educación

La impresión 3D supone un aprendizaje práctico y un futuro más brillante

Con la impresión 3D en el laboratorio y en el aula, los investigadores de hoy y los científicos, ingenieros y diseñadores del mañana están solucionando los desafíos a los que se enfrenta el mundo.

Prof. Zollikofer y la impresora 3D de Objet

Recientemente, mientras el Instituto de Antropología de la Universidad de Zúrich investigaba el tamaño del cerebro Neandertal en el momento del nacimiento (con fósiles de unos 50.000 años de antigüedad aproximadamente), se han conseguido nuevos datos sobre la historia de la evolución humana. A partir de los restos de un recién nacido de la cueva Mezmaiskaya (Crimea, Rusia) y de dos niños de la cueva de Dederiyeh (Siria), el profesor Dr. Christoph P. E. Zollikofer y su equipo consiguieron nuevas perspectivas en el campo de la ‘obstetricia Neandertal’, de los patrones de crecimiento del cerebro y de la historia de la evolución humana. Estos notables descubrimientos se desarrollaron gracias al uso de técnicas computerizadas de reconstrucción sobre un fragmento de pelvis femenina de Neandertal (descubierto por Dorothy Garrod a principios de los años treinta del siglo pasado) en la Cueva de Tabun (Israel). Simulando las imágenes escaneadas e integrando digitalmente los restos infantiles con los de la ‘Dama de Tabun’, el profesor Zollikofer y la Dra. Marcia Ponce de León consiguieron descubrir nuevos datos acerca de las hembras de Neandertal.

El estudio realizado por el Instituto de Antropología de la Universidad de Zúrich utilizó la tecnología PolyJet™ de Objet. El profesor Zollikofer y su equipo, propietarios de un sistema de impresión 3D Eden250™, pudieron utilizar el modelado 3D para refinar sus hallazgos relativos a la evolución del tamaño del cerebro de los Neandertales.

La impresión de alta precisión convierte a Objet en la única solución

Pelvis de la Dama de Tabun con fósil de Mezmeiskaya

El profesor Zollikofer vio un sistema Objet por primera vez en 2005 en la Universidad de Tokio. El profesor Gen Suwa del Museo Universitario, que tenía un sistema Eden™, mostró al profesor Zollikofer las capacidades de combinar la impresión 3D con los hallazgos antropológicos. “Resultaba obvio que necesitábamos disponer de esta tecnología en nuestro laboratorio. Las ventajas estuvieron claras de inmediato”, recuerda el profesor Zollikofer.

En aquel momento, el equipo de la Universidad de Tokio estaba utilizando el sistema (empleando tecnología de microtomografía computerizada) para escanear dientes de los fósiles de homínidos y reproducirlos a escala para poder clasificarlos y mostrar tanto la variación como la evolución de los dientes. “Una aplicación tan sencilla y simple a la vez nos convenció de la necesidad de utilizar Objet internamente”, explica el profesor Zollikofer. Aunque había otras tecnologías disponibles, tenía claro que Objet era la que mejor podía dar respuesta a todas sus demandas. “Necesitábamos piezas muy precisas para replicar lo mejor posible los fósiles encontrados. La investigación académica nos exige disponer de un réplica exacta de un esqueleto fósil. Objet era la única solución que nos ofrecía tales capacidades.”

Además, y debido a las limitaciones de presupuesto, los cartuchos de resina que utiliza Objet fueron otro factor a favor de la elección. “A menudo, nos enfrentamos a limitaciones presupuestarias. Los cartuchos nos permiten adquirir el material conforme hace falta, sin necesidad de invertir mucho en materiales a menos que sea necesario”, atestigua el profesor Zollikofer.

La Eden250 permitió al profesor Zollikofer comprender mejor el tamaño del cerebro durante el nacimiento. ‘Dederiyeh 1’, el esqueleto de Neandertal fósil descubierto en la cueva Mezmaiskaya en Rusia, era el único en que el bebé resultó haber muerto una semana después de nacer. “El hecho de descubrir el cerebro de un bebé de Neandertal fue un descubrimiento notable. Nos permitió calibrar nuestros hallazgos y, de este modo, entender mejor el desarrollo del cerebro durante este período. Hasta este hallazgo, solo disponíamos de cerebros de niños mayores y teníamos que adivinar el aspecto del cerebro de un recién nacido”, explica el profesor. La estructura dental, el tamaño del cráneo y el tamaño estimado del cerebro ofrecen nuevas perspectivas acerca de la evolución del cerebro de los neandertales. Pero por asombrosos que puedan resultar estos hallazgos, siempre quedan retos en este campo de la ciencia.

Impresión de una réplica de cráneo fósil

“Imagine descubrir cientos de piezas de un puzle y la necesidad de reconstruirlo todo en un plano dado. Ahora, añada los años de hallazgos arqueológicos y las deformaciones producidas a lo largo del tiempo transcurrido. ¡Se llega a un enorme rompecabezas!”, prosigue el profesor Zollikofer. Sin duda lo es. Las excavaciones arqueológicas de la cueva de Dederiyeh duraron unos 15 años, mientras que por su parte la reconstrucción de las piezas para formar el cráneo de “Dederiyeh 1” también requirió varios años de estudio más. Mediante un software desarrollado internamente en la universidad denominado ‘Form It’, Zollikofer pudo reconstruir digitalmente diversos cerebros de Neandertal tras escanear los fósiles encontrados mediante tecnología microtomografía computerizada. “Tras reconstruir los fósiles, ver el puzle en la pantalla de un ordenador es un desafío. Descubrimos que imprimiendo las piezas registradas mediante tomografía computerizada a través del sistema Objet, conseguimos que el puzle fuera mucho más fácil de entender”, explica el profesor.

Objet se utiliza para aplicaciones adicionales al margen de lo que ahora se denomina en la institución el ‘Control de calidad’: imprimir piezas para asesorar la colocación de todos los fósiles con la configuración correcta. Otra aplicación de antropología adicional para Objet es la denominada ‘Réplica no invasiva’. Un fósil es un tesoro. Una vez hallado se guarda con el máximo cuidado posible, a causa de su valor y de su fragilidad. Tras escanear los fósiles, el profesor Zollikofer imprime las piezas mediante el sistema Objet para que se puedan utilizar para moldeado de silicona. “Sencillamente no es posible moldear un cráneo fósil quebradizo. La pieza es demasiado valiosa. Pero mediante la tecnología de escaneado, la réplica se puede utilizar para moldeado de silicona. Gracias a la alta precisión y a los detalles finos de Objet es posible hacer una copia perfecta del original. Esto, a su vez, permite llevar a cabo experimentos que de otro modo serían imposibles”, señala Zollikofer.

Permitiendo nuevos descubrimientos

Pero esto no es todo. Se pueden conseguir nuevas revelaciones mediante la tecnología Objet. La tecnología de escaneado, apodada ‘Virtualidad real’ por el profesor Zollikofer, puede ayudar a revelar hallazgos en el interior de los huesos que de otro modo resultarían invisibles al ojo humano. El fósil original no se puede dañar para revelar estructuras internas. Sin embargo, los investigadores pueden escanear el fósil y retirar digitalmente las capas exteriores. Imprimiendo los resultados es posible descubrir nuevos hallazgos. En la investigación realizada por la universidad, se consiguió entender mejor las raíces de los dientes y las cavidades del oído interno gracias a esta técnica. La posibilidad de aumentar la escala del modelo antes de realizar la impresión permite mejorar y revelar nuevos hallazgos.

Todos estos hallazgos tienen poco valor si no se pueden mostrar al público interesado. “¡Puede parecer trivial pero resulta esencial!”, comenta Zollikofer. “Las réplicas de los fósiles realizadas con Objet se pueden exhibir en exposiciones y museos de todo el mundo. Esto sería sencillamente imposible con el fósil original debido a que su importancia y fragilidad no permiten trasladar la pieza.”

Con la comunicación y las posibilidades de réplica no invasiva, las aplicaciones de ‘Virtualidad real’ y las exposiciones, la tecnología de Objet permite a los antropólogos conocer mejor el pasado mediante la tecnología de vanguardia. “Objet nos ha ayudado, gracias a su tecnología de impresión 3D, a conocer mejor la evolución del tamaño del cerebro de los neandertales”, afirma el profesor Zollikofer.

Vea este espacio…

¿Qué nos depara el futuro? El Instituto de Antropología de la Universidad de Zúrich y Objet están preparando actualmente el siguiente proyecto: la impresión de todos los hallazgos de ‘Mezmaiskaya’ dentro de la pelvis de la ‘Dama de Tabun’. “La integración de todos los fósiles de ‘Mezmaiskaya’ en la pelvis de la ‘Dama de Tabun’ y la impresión de los mismos en 3D es algo que nunca antes se había hecho. Estamos entusiasmados de llevar a cabo este proyecto conjunto con Objet y tenemos previsto exponerlo por todo el mundo” declara el profesor Zollikofer.

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