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Casos de estudio del sector educativo

La impresión 3D significa aprendizaje práctico y un mejor futuro

Con la impresión 3D en el laboratorio y la sala de clases, los investigadores de hoy y los científicos, ingenieros y diseñadores del mañana resuelven los desafíos del mundo.

Prof. Zollikofer y la impresora 3D Objet

Recientemente, cuando el Instituto antropológico de la Universidad Zurich estaba investigando el tamaño de un cerebro neandertal al momento del nacimiento (fósiles con 50.000 años de antigüedad), obtuvo nuevos conocimientos respecto a la evolución de la humanidad. Mediante el uso de los restos de un recién nacido encontrado en la cueva Mezmaiskaya (Crimea, Rusia) y otros dos infantes encontrados en la cueva Dederiyeh (Siria), el profesor y doctor Christoph P. E. Zollikofer, junto con su equipo, hicieron nuevos descubrimientos en la obstetricia neandertal, patrones de crecimiento del cerebro y la historia de la evolución humana. Estos descubrimientos extraordinarios se desarrollaron aún más mediantes técnicas de reconstrucción computarizadas de los fragmentos de la pelvis de una hembra neandertal (descubierta por Dorothy Garrod a principios de la década de 1930) de la Cueva Tabun (Israel). El simular imágenes escaneadas e incrustar los restos de los infantes de manera digital con los de la ‘Dama Tabun’, el Profesor Zollikofer y la Dra. Marcia Ponce de León pudieron descubrir nueva información acera de las hembras neandertales.

La investigación llevada a cabo por el Instituto Antropológico de la Universidad de Zurich usó la tecnología PolyJet™ de Objet. Dueños orgullosos de un sistema de impresión 3D Eden250™, el Profesor Zollikofer y su equipo fueron capaces de usar el modelado 3D para mejorar los descubrimientos relacionados con la evolución del tamaño del cerebro del neandertal.

La impresión de alta exactitud hace que Objet sea la única solución

Pelvis de la Dama Tabun con Mezmaiskaya

El Profesor Zollikofer vio por primera vez un sistema Objet en 2005 en la Universidad de Tokio. El Profesor Gen Suwa del Museo de la Universidad, que tiene un sistema Eden™, le mostró al Profesor Zollikofer las capacidades de combinar la impresión 3D con los descubrimientos antropológicos. “Fue evidente que necesitábamos esa tecnología dentro de nuestras instalaciones. Las ventajas me parecieron muy claras”, recuerda el Profesor Zollikofer.

En ese entonces, el equipo de la Universidad de Tokio usaba el sistema (mediante el uso de una tecnología micro-CT) para escanear los dientes de fósiles de homínidos y aumentarlos para poder clasificar y mostrar las variaciones y la evolución de los dientes. “Esa aplicación tan directa y a la vez tan sencilla nos convenció de que necesitábamos una Objet en casa”, dijo el Profesor Zollikofer. Aunque había otras tecnologías disponibles, le resultó claro que la Objet podía satisfacer todas sus necesidades de una mejor manera. “Necesitábamos piezas muy precisas para replicar de la mejor manera posible los fósiles reales que encontrábamos. La investigación académica no nos permite tener nada menos que una réplica precisa de un esqueleto fósil. Objet era la única solución que nos ofrecía dichas capacidades.”

Más aún y debido a las restricciones de presupuesto, los cartuchos de resina que usa Objet ayudaron en su selección. “A menudo tenemos restricciones de presupuesto. Los cartuchos nos permiten comprar el material cuando lo necesitamos y no invertir en grandes cantidades, a menos de que sea necesario”, aseguró el Profesor Zollikofer.

La Eden250 permitió al Profesor Zollikofer comprender mejor el tamaño del cerebro en el nacimiento. ‘Dederiyeh 1’, el esqueleto de neandertal fosilizado que encontraron en la Cueva Mezmaiskaya en Rusia, era único ya que se evaluó que el infante habría tenido una semana de vida al momento de la muerte. “La capacidad de encontrar un caso de cerebro neandertal de esta etapa de la infancia fue un descubrimiento extraordinario. Nos permitió calibrar nuestros hallazgos y así comprender mejor el desarrollo del cerebro durante este periodo. Hasta este hallazgo, solo teníamos cerebros de infantes mayores y no sabíamos cómo sería el cerebro de un recién nacido”, explicó el Prof. Zollikofer. La estructura del diente, el tamaño de la calavera y el tamaño evaluado del cerebro brindaron mucho conocimiento acerca de la evolución del cerebro del neandertal. Pero por más asombrosos que estos descubrimientos puedan ser potencialmente, siempre habrá más desafíos en este campo de la ciencia.

Impresión de la réplica de una calavera fósil

“Imagine descubrir cientos de piezas de un puzle y tener que reconstruirlas todas en un plano dado. Ahora agregue a eso años de hallazgos arqueológicos y deformaciones que son el resultado del paso de un largo tiempo. ¡Se obtiene un gran puzle!” continuó el Profesor Zollikofer. Y de hecho así es. La excavación arqueológica en la cueva Dederiyeh duró cerca de 15 años y reunir todas las partes para formar la calavera de “Dederiyeh 1” tardó varios años más de investigación. Mediante el uso del software interno desarrollado por la Universidad llamado ‘Form It’, el Profesor Zollikofer pudo reconstruir los diversos cerebros de neandertal de manera digital tras escanear los fósiles encontrados con el uso de tecnología micro-CT. “Tras la reconstrucción de los fósiles, es un desafío ver el puzle en una pantalla de computadora. Descubrimos que al imprimir las partes procesadas gráficamente con CT mediante el uso del sistema Objet, el puzle se volvió más fácil de comprender”, dijo el Prof. Zollikofer.

Objet se usó para aplicaciones adicionales además de lo que ahora se denomina el ‘Control de calidad’ de la institución: se imprimen piezas para ayudar a poner todos los fósiles en la configuración correcta. Una aplicación antropológica adicional de la Objet es lo que se llama la ‘Replicación no invasiva’. Un fósil es un tesoro. Una vez que se encuentra, se preserva con el mayor cuidado posible, tanto por su singularidad como por su fragilidad. Al escanear los fósiles, el Profesor Zollikofer imprime las partes con el sistema Objet, para que puedan usarse para el modelado de silicona. “Sencillamente no es posible moldear un cráneo fósil frágil. La pieza es demasiado valiosa. Pero al usar la tecnología de escaneado, la réplica se puede usar para el modelado de silicona. La alta precisión y los detalles finos de Objet crean copias perfectas del original. Esto a su vez permite que se realicen experimentos que de otro modo serían imposibles”, explicó el Profesor Zollikofer.

Permitir descubrimientos nuevos

Pero eso no es todo. Se pueden descubrir revelaciones nuevas mediante el uso de la tecnología Objet. La tecnología de escaneo, que el Profesor Zollikofer llama ‘Virtualidad real’, puede ayudar a revelar descubrimientos dentro de huesos que de otro modo serían invisibles al ojo humano. El fósil original no se puede dañar para revelar las estructuras internas. Sin embargo, los investigadores pueden escanear el fósil y luego retirar las capas exteriores de manera digital. Al imprimir los resultados, es posible revelar nuevos hallazgos. En la investigación que llevó a cabo la universidad, se pudieron comprender mejor tanto las raíces de los dientes como las cavidades de la oreja mediante el uso de esta técnica. La capacidad de escalar el modelo antes de imprimir mejora y revela los nuevos hallazgos.

Todos estos descubrimientos valen poco si no se pueden mostrar al público interesado. “Puede sonar trivial, ¡pero es fundamental!”, comentó el Profesor Zollikofer. “Las réplicas de Objet de los fósiles se pueden mostrar en exhibiciones y museos alrededor del mundo. Esto sería sencillamente imposible con el fósil original, porque su singularidad y fragilidad no permiten que la pieza se mueva fácilmente.

Con las posibilidades de comunicación y replicación no invasiva, aplicaciones y exhibiciones de ‘Virtualidad Real’, la tecnología Objet permite a los antropólogos comprender mejor el pasado mediante el uso de tecnología de vanguardia. “Objet nos ayudó, a través de su tecnología de impresión 3D, a comprender mejor la evolución del tamaño del cerebro del neandertal”, proclamó el Profesor Zollikofer.

Vea este espacio…

Entonces, ¿qué es lo que nos depara el futuro? El Instituto Antropológico de la Universidad de Zurich y Objet se están preparando para el próximo proyecto: imprimir los hallazgos completos de ‘Mezmaiskaya’ dentro de la pelvis de la ‘Dama Tabun’. “La integración de todos los fósiles de ‘Mezmaiskaya’ dentro de la pelvis de la ‘Dama Tabun’ y su posterior impresión en 3D es algo que jamás se ha hecho antes. Estamos muy emocionados por este proyecto conjunto con Objet y planeamos exhibirlo globalmente”, declaró el Profesor Zollikofer.

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