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Case study nel settore dell'istruzione

Il sistema di stampa 3D significa apprendimento pratico e un futuro migliore

Grazie al sistema di stampa 3D nei laboratori e nelle classi, i ricercatori di oggi e gli scienziati, gli ingegneri e i progettisti di domani stanno superando le sfide mondiali.

Il prof. Zollikofer e la stampante 3D Objet

Di recente, quando l'Istituto antropologico dell'Università di Zurigo ha condotto un'indagine sulla dimensione del cervello dell'uomo di Neandertal alla nascita (da fossili che risalgono a 50.000 anni fa), ha scoperto nuovi elementi della storia dell'evoluzione umana. Utilizzando i resti del cadavere di un neonato dalla grotta di Mezmaiskaya (Crimea, Russia) e di due bambini dalla grotta di Dederiyeh (Siria), il prof. Christoph P. E. Zollikofer e il suo team sono stati in grado di scoprire nuovi elementi sulla "ostetricia di Neandertal", sullo schema di crescita del cervello e l'evoluzione della storia della vita umana. Queste importanti scoperte sono state sviluppate ulteriormente utilizzando tecniche di ricostruzione computerizzate sui frammenti di un bacino femminile del periodo neandertaliano (scoperto da Dorothy Garrod nei primi anni 1930) ritrovati nella grotta di Tabun (Israele). Attraverso la simulazione di immagini scansionate e l'unione digitale dei resti del corpo dei bambini a quelli della "donna di Tabun", il prof. Zollikofer e la dott.ssa Marcia Ponce de Le'on sono stati in grado di gettare nuova luce sulla donna di Neanderthal.

Per condurre le ricerche, l'Istituto antropologico dell'Università di Zurigo si è servito della tecnologia PolyJet™ di Objet. Orgogliosi di disporre di un sistema di stampa 3D Eden250™, il prof. Zollikofer e il suo team sono stati in grado di utilizzare modelli 3D per sviluppare ulteriormente le loro scoperte relative all'evoluzione delle dimensioni del cervello dell'uomo di Neanderthal.

Per una stampa ad alta precisione, Objet è l'unica soluzione

Bacino della donna di Tabun con Mezmaiskaya

Il prof. Zollikofer ha visto un sistema Objet per la prima volta nel 2005 all'Università di Tokyo. Il prof. Gen Suwa del museo dell'università, dotato di un sistema Eden™, ha mostrato al prof. Zollikofer le capacità derivanti dalla combinazione di stampe 3D e le scoperte antropologiche. “Ho capito che era necessario disporre internamente di questa tecnologia. I vantaggi si sono riscontrati immediatamente”, ricorda il prof. Zollikofer.

In quel momento, il team dell'Università di Tokyo utilizzava il sistema (con tecnologia micro-CT) per eseguire scansioni di denti dai fossili di ominidi e per fare ingrandimenti utili per la classificazione e per mostrare la variazione e l'evoluzione dei denti. “Un'applicazione così diretta ma semplice ci ha convinto della necessità di avere Objet internamente”, ha affermato il prof. Zollikofer. Sebbene fossero disponibili altre tecnologie, il professore ritenne che Objet fosse quella migliore per rispondere a tutte le sue esigenze. “Avevamo bisogno di componenti al alta precisione per riprodurre al meglio i fossili ritrovati. La ricerca accademica richiede riproduzioni fedeli del fossile di uno scheletro. Objet era l'unica soluzione che ci offriva queste capacità”.

Inoltre, a causa di vincoli di bilancio, le cartucce di resina utilizzate da Objet hanno agevolato la scelta. “Ci capita spesso di avere vincoli di bilancio. Le cartucce ci consentono di acquistare il materiale in base alle esigenze, anziché investire notevolmente in materiali di cui non abbiamo bisogno”, ha affermato il prof. Zollikofer.

Eden250 ha consentito al prof. Zollikofer di capire meglio le dimensioni del cervello alla nascita. ‘Dederiyeh 1’, il fossile dello scheletro di un uomo di Neanderthal ritrovato nella grotta di Mezmaiskaya in Russia, è stato unico in quanto ha permesso di constatare che al momento della morte il bambino aveva una settimana. “Il ritrovamento di una scatola cranica di Neanderthal agli inizi è stata una notevole scoperta. Ci ha consentito di calibrare le scoperte e quindi di capire meglio gli sviluppo del cervello durante questo periodo. Fino a quel momento, avevamo solo trovato cervelli di bambini più grandi e avevamo dovuto immaginare come fosse il cervello di un neonato”, ha spiegato il prof. Zollikofer. La struttura dentale, le dimensioni del cranio e le dimensioni del cervello valutate hanno fornito dati importanti sull'evoluzione del cervello di Neandertal. Tuttavia, per quanto queste scoperte fossero potenzialmente sorprendenti, in questo campo della scienza, rimangono sempre sfide importanti.

Stampa della riproduzione del fossile di un cranio

“Immaginate di scoprire centinaia di pezzi di un puzzle e dover ricomporre il tutto su un determinato piano. Ora aggiungete a questo anni di scoperte archeologiche e deformazioni, risultato di un lasso di tempo trascorso. Otterrete un unico grande puzzle!” ha continuato il prof. Zollikofer. E in effetti è così. Gli scavi archeologici nella grotta di Dederiyeh durarono per circa 15 anni, tutte le parti furono messe insieme per ricostruire il cranio di “Dederiyeh 1” e richiesero ulteriori anni di ricerca. Grazie all'utilizzo di un software interno sviluppato dall'università chiamato ‘Form It’, il prof. Zollikofer è stato in grado di ricostruire i diversi cervelli di Neandertal in modo digitale dopo la scansione dei fossili ritrovati utilizzando la tecnologia micro-CT. “Dopo la ricostruzione dei fossili, la sfida è vedere il puzzle sullo schermo di un computer. Abbiamo scoperto che stampando le parti in immagini CT con il sistema Objet, il puzzle diventava molto più facile da capire”, ha dichiarato il prof. Zollikofer.

Objet viene utilizzato anche per altre applicazioni oltre a quello che ora, all'interno dell'istituzione, viene chiamato ‘Controllo qualità’: stampa di parti come supporto al posizionamento di tutti i fossili nella configurazione giusta. In ambito antropologico, Objet viene impiegato anche nella cosiddetta ‘Riproduzione non invasiva’: Un fossile è un tesoro. Una volta trovato, il fossile viene conservato con la maggior cura possibile, sia per la sua rarità, sia per la sua fragilità. Dopo aver scansionato i fossili, il prof. Zollikofer stampa le parti con il sistema Objet in modo tale da poterle utilizzare per gli stampi in silicone. “Non è possibile fare il modello di un fragile cranio fossilizzato. La parte è troppo preziosa. Tuttavia, con la tecnologia di scansione, la riproduzione può essere utilizzata per gli stampi di silicone. L'elevata precisione e i dettagli finissimi di Objet consentono di produrre una copia perfetta dell'originale. Questo consente di condurre degli esperimenti che altrimenti non sarebbero realizzabili”, ha spiegato il prof. Zollikofer.

Nuove scoperte possibili

Ma c'è dell'altro. Con la tecnologia Objet è possibile giungere a nuove rivelazioni. Soprannominata ‘Virtualità vera’ dal prof. Zollikofer, la tecnologia di scansione aiuta a svelare ciò che si trova nelle ossa e che non è visibile all'occhio nudo. Il fossile originale non può essere danneggiato per svelare le strutture interne. Tuttavia, i ricercatori possono ingrandire il fossile ed eliminare digitalmente i strati più esterni. La stampa dei risultati consente di svelare nuove scoperte. Nelle ricerche condotte dall'università, sia le radici dei denti sia le cavità orali interne sono state maggiormente capite grazie a questa tecnica. La possibilità di ingrandire il modello prima della stampa favorisce ulteriormente e svela nuove scoperte.

Tutte queste scoperte valgono ben poco se non possono essere mostrate al pubblico interessato. “Potrebbe sembrare banale ma in realtà è cruciale!” ha commentato il prof. Zollikofer. “Le riproduzioni dei fossili di Objet possono essere esposte a mostre e in musei in tutto il mondo. Questo sarebbe impossibile con il fossile originale poiché la sua unicità e fragilità non consentono di spostare facilmente la parte da un luogo all'altro”.

Grazie alla possibilità di comunicazione e riproduzione non invasiva, le applicazioni e le mostre di ‘Virtualità vera’, la tecnologia Objet consente agli antropologi di comprendere al meglio il passato utilizzando una tecnologia all'avanguardia. “Objet ci ha supportati, con la tecnologia di stampa 3D, per capire meglio l'evoluzione delle dimensioni del cervello di Neandertal” ha dichiarato il prof. Zollikofer.

Aspetta e vedrai…

Cosa ci riserva il futuro? L'Istituto antropologico dell'Università di Zurigo o Objet stanno lavorando a un nuovo progetto: stampare tutte le scoperte relative a ‘Mezmaiskaya’ nel bacino della ‘donna di Tabun’. “Inserendo tutti i fossili di ‘Mezmaiskaya’ nel bacino della ‘donna di Tabun’ e stampare tutto in 3D non è mai stato fatto in passato. Siamo molto entusiasti di questo progetto congiunto con Objet e programmiamo di esporlo in tutto il mondo”, ha dichiarato il prof. Zollikofer.

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