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Étude de cas Enseignement

L'impression 3D est synonyme d'apprentissage pratique et d'un avenir meilleur

Avec l'irruption de l'impression 3D dans les laboratoires et les salles de classe, les chercheurs’ d'aujourd'hui et ’les scientifiques, ingénieurs et concepteurs de demain peuvent résoudre’ les défis posés par le monde.

Le professeur Zollikofer et l'imprimante 3D d'Objet

L'Institut d'anthropologie de l'Université de Zurich a étudié récemment la taille du cerveau de l'homme de Néandertal à la naissance (sur des fossiles vieux de 50 000 ans), accomplissant ainsi un pas de plus vers une meilleure compréhension de l'évolution humaine. Grâce aux restes d'un nouveau-né de la grotte de Mezmaiskaya (Crimée, Russie) et de deux enfants de la grotte de Dederiyeh Cave (Syrie), le professeur Christoph P. E. Zollikofer et son équipe ont pu révéler de nouveaux aspects de ‘l'obstétrique des Néandertaliens’, des modèles de croissance du cerveau et de l'évolution de la vie humaine. Ces découvertes remarquables ont pu être approfondies à l'aide de techniques de reconstruction par ordinateur sur des fragments du bassin d'une femme de Néandertal (découverte par Dorothy Garrod au début des années 1930) dans la grotte de Tabun, en Israël. Par la simulation d'images numérisées et l'intégration numérique des restes des enfants à ceux de la ‘Dame de Tabun’, le professeur Zollikofer et le Dr. Marcia Ponce de Le’on ont jeté un nouvel éclairage sur les femmes de Néandertal.

Pour effectuer ses recherches, l'Institut d'anthropologie de l'Université de Zurich a eu recours à la technologie’ PolyJet™ d'Objet. Heureux possesseurs d'un système d'impression 3D Eden250™, le professeur Zollikofer et son équipe ont pu améliorer leurs résultats sur l'évolution de la taille du cerveau des Néandertaliens grâce à la modélisation 3D.

La précision élevée de l'impression rend Objet incontournable et unique

Bassin de la Dame de Tabun avec Mezmaiskaya

C'est à l'Université de Tokyo que le professeur Zollikofer a vu pour la première fois un système Objet Le professeur Gen Suwa, du musée de l'Université, qui possède un système Eden™ a montré au professeur Zollikofer les possibilités offertes par l'association de l'impression 3D et des découvertes anthropologiques. “Il m'a alors paru évident que nous devions acquérir cette technologie. J'ai tout de suite vu les avantages qu'elle avait à offrir,” se souvient le professeur Zollikofer.

À cette époque, l'équipe de l'Université de Tokyo utilisait le système (en utilisant la technologie micro-TDM) pour numériser les dents de fossiles hominiens et les agrandir afin de les classer et montrer tant les variations que l'évolution des dents. “Une application aussi simple et évidente nous a convaincus de la nécessité de posséder une Objet,” affirme le professeur Zollikofer. D'autres technologies étaient bien sûr disponibles, mais il n'avait aucun doute sur le fait qu'Objet était la meilleure pour répondre à tous ses besoins. “Nous avions besoin de pièces d'une précision très élevée pour réaliser des répliques des fossiles découverts. La recherche académique nous oblige à disposer d'une réplique aussi précise que possible d'un squelette fossile. Objet était la seule solution à nous offrir de telles possibilités.”

De plus, en raison des contraintes de budget, les cartouches de résine utilisées par Objet ont confirmé notre choix. “Nous sommes souvent confrontés à des contraintes d'ordre budgétaire. Les cartouches nous permettent d'acheter des matériaux selon nos besoins et de n'investir massivement que lorsque c'est nécessaire,” ajoute le professeur Zollikofer.

L'Eden250 permet au professeur Zollikofer de mieux appréhender la taille du cerveau à la naissance. l‘Dederiyeh 1’ le squelette fossile de Néandertal découvert dans la grotte de Mezmaiskaya, en Russie, était unique en cela que l'âge de l'enfant était estimé à une semaine lors de son décès. “La découverte d'un exemple de cerveau Néandertalien à un stade aussi précoce a constitué une découverte sans précédent. Nous avons ainsi pu approfondir nos conclusions et mieux comprendre l'évolution du cerveau pendant cette période. Avant cette découverte, nous n'avions pu étudier que de cerveaux d'enfants plus âgés et en étions réduits à deviner à quoi’ ressemblerait celui d'un nouveau-né,” nous explique le professeur Zollikofer. La structure des dents, la taille du crâne et la taille estimée du cerveau ont fourni des informations très nombreuses sur l'évolution du cerveau des Néandertaliens. Mais aussi surprenantes que puissent être ces découvertes, les défis dans ce domaine scientifique restent immenses.

Impression d'une réplique d'un crâne fossile

“Imaginez découvrir des centaines de pièces d'un puzzle et devoir le reconstruire selon un plan donné. Ajoutez à cela des années de découvertes archéologiques et les déformations résultant du temps écoulé. Vous obtenez un puzzle imposant !” ajoute le professeur Zollikofer. Et il l'est en effet. Les fouilles archéologiques dans la grotte de Dederiyeh se sont étendues sur 15 ans, et il a fallu sept ans de plus pour réunir toutes les pièces qui constituent le crâne de “Dederiyeh 1”. Grâce au logiciel ‘Form It’, développé en interne par l'Université, le professeur Zollikofer a été capable de reconstruire numériquement les divers cerveaux Néandertaliens, après avoir numérisé les fossiles retrouvés à l'aide de la technologie de micro-TDM. “Une fois les fossiles reconstruits, la visualisation du puzzle sur l'écran de l'ordinateur n'a rien d'évident. Nous nous sommes rendu compte qu'en imprimant les parties numérisées par TDM, le puzzle est devenu beaucoup plus facile à appréhender” déclare le professeur Zollikofer.

Objet est utilisé pour des applications supplémentaires en plus de ce qui est maintenant appelé dans l'institution, le ‘Contrôle qualité’: imprimer des pièces pour aider à disposer tous les fossiles dans la configuration adéquate. Une application de plus réalisée par Objet pour l'anthropologie fait partie de ce que l'on appelle, la ‘Réplication non invasive’. Un fossile est un trésor. Une fois découvert, il est préservé avec le plus grand soin possible, tant à cause de sa rareté que de sa fragilité. En numérisant les fossiles, le professeur Zollikofer imprime les pièces à l'aide du système Objet afin de les utiliser ensuite pour le moulage en silicone. “Il est tout simplement impossible de mouler un crâne fossile très friable. La pièce a trop de valeur. Mais, grâce à la technologie de numérisation, la réplique peut servir à réaliser le moulage en silicone. La précision élevée des détails apportée par Objet’ permet d'obtenir une copie parfaite de l'original. Cela nous permet de réaliser des expériences qui seraient impensables autrement,” nous explique le professeur Zollikofer.

Faciliter de nouvelles découvertes

Mais, ce n’est pas tout. La technologie Objet peut conduire à de nouvelles découvertes. Surnommée ‘Réalité virtuelle’ par le professeur Zollikofer, la technologie de numérisation peut permettre de nouvelles découvertes au niveau osseux qui seraient autrement invisibles à l'œil nu. Le fossile original ne peut être endommagé pour révéler ses structures internes. Mais, les chercheurs peuvent le numériser, puis retirer numériquement les couches externes. En imprimant les résultats, il est possible de faire de nouvelles découvertes. Dans le cadre de la recherche réalisée par l'Université, cette technique a permis une meilleure compréhension tant des racines des dents que des cavités internes de l'oreille. La possibilité d'agrandir le modèle avant l'impression permet d'approfondir l'observation et de réaliser de nouvelles découvertes.

Mais, celles-ci sont peu utiles si elles ne peuvent pas être présentées au public intéressé. “Cela peut paraître trivial, mais c'est fondamental !” affirme le professeur Zollikofer. “Les répliques des fossiles réalisées grâce à Objet peuvent être exposées dans les musées du monde entier. Cela serait tout simplement impossible avec le fossile original, car son caractère unique et sa fragilité en font une pièce’ difficile à déplacer.”

Grâce aux possibilités en termes de communication et de reproduction non invasive, aux applications et aux expositions de ‘Réalité virtuelle’, la technologie d'Objet permet aux anthropologues de mieux comprendre le passé à l'aide d'une technologie de pointe. “Objet nous aide, à travers la technologie d'impression 3D, à mieux appréhender l'évolution de la taille du cerveau des hommes de Néandertal” affirme le professeur Zollikofer.

Affaire à suivre…

Que nous réserve donc l'avenir ? L'Institut d'anthropologie de l'Université de Zurich et Objet s'attelle actuellement à la préparation du projet suivant : imprimer toutes les découvertes de ‘Mezmaiskaya’ à l'intérieur du bassin de la ‘Dame de Tabun’. “L'intégration de tous les fossiles de ‘Mezmaiskaya’ au bassin de la ‘Dame de Tabun’ pour les imprimer ensuite en 3D n'a jamais été faite auparavant ! Ce projet conjoint avec Objet nous enthousiasme vraiment et nous pensons le présenter dans le monde entier,” déclare le professeur Zollikofer.

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