3D プリントされたロボット恐竜研究室の内部

紳士科学者、ガス灯、そして極度にフリルのスカートがあった時代の 1858 年に、愛好家がニュージャージー州で初めてほぼ完全な恐竜の骨格を発見しました。 1世紀半経った今も、古生物学者たちは州南部で発掘作業を続けている。フィラデルフィアのドレクセル大学の古生物学者ケネス・ラコヴァラは、彼の前の世代の古生物学者からこの場所を引き継ぎました。

しかし、ここで彼が見つけたものに対するラコヴァラの計画の一部はまったく新しいものです。過去数年にわたり、彼は古生物学の最新テクノロジーを使用したいくつかのプロジェクトを開始しました。彼の最新の計画には、3D プリンターを使用してロボット恐竜を作成することが含まれています。

「私は常に、最新のテクノロジーが利用可能になったらそれを採用する傾向があったと思います」と彼は InnovationNewsDaily に語った。

発掘現場は不気味でありながら、どこか家庭的な沼地のようにも見えます。かつて鉱山だった場所で、地中深く掘られた巨大なボウルです。ボウルの中のものはすべて、壁、床、そして床の周りに積もった砂の丘など、濡れた黒い砂でできています。鉄で汚れた水の小川が窪地の底を切り裂いていた。ボウルの一方の端にある鉄色の池の周りには、湿地草が群生しています。

ここでは多くの時代が表現されています。ニュージャージーの古生物学の全盛期であるビクトリア朝時代を思い出させます。牡蠣、魚、亀、ワニ、そして約 6,500 万年前にここの海に住んでいたモササウルスと呼ばれる泳ぐコモドオオトカゲが生息しています。そして、ラコバラ氏のハイテク手法の一部は将来、古生物学の実践の通常の一部になる可能性が高く、将来の兆しがあると外部の専門家は言う。

化石のデジタルデータベース

レーザー スキャナー、3D プリンター、デジタル データベースは、古生物学者の間で注目を集め始めたばかりです。レーザースキャンと3Dプリントを使用するミシガン大学の古生物学者ダニエル・フィッシャー氏によると、ほとんどの人は3Dプリンターを使ったことがないが、使ったことがある人は誰もが知っているという。

「それは急速に変化していると思う」と彼は言った。 「新しい世代の学生が登場するにつれて、学生の多くは何らかの形でこのことにさらされています。人々の意識が高まっているため、彼らはそれを使い始めるでしょう。」 [10 の素晴らしい 3D プリント製品]

フィラデルフィアにあるラコバラの​​研究室はその一例です。彼は、自分が指導する学生たちが研究室用に購入した新しいテクノロジーに慣れていることを誇りに思っており、学生たちに比べて自分は時代遅れだと主張しています。 InnovationNewsDaily がニュージャージー州の発掘現場を訪問する前日、私たちは、生物学を研究している学部生のアテナ・パテルが、ラコバラが今年 3 月に入手したレーザーを使用して化石化した魚の頭蓋骨をスキャンする様子を見ました。

レーザーが頭蓋骨の表面を掃引し、何百万ものデータポイントを収集してラップトップに送信すると、化石の 3D モデルが画面上に表示されました。これはパテルが撮影したいくつかのスキャンのうちの 1 つでした。単一のスキャンでは頭蓋骨の一部の領域が欠落するため、スキャンの合間にコンピュータ プログラムを使用して複数のスキャンを並べ、化石の全体像を取得しました。

その後、彼女は別のコンピュータープログラムを使用して、化石化中に平らになった頭蓋骨の形状を再形成した。 「つまり、この魚のパンケーキの代わりに、それがどのようなものかについての素晴らしい 3D ビューを得ることができるのです」と Lacovara 氏は説明しました。

彼らは独自のレーザー スキャナーを入手し、他の研究室の機器を借りる必要がなくなったので、ラコバラ氏は所有するすべての重要な化石をスキャンしたいと考えています。彼は、研究室にある床から天井までの引き出しユニットとプチプチで覆われた棚のデジタル バージョンを構築したいと考えています。これらの棚には、彼と彼の学生たちがパタゴニアとニュージャージーで発掘したオリジナルの標本が詰まっています。時間が経っても劣化しない化石コレクションになります。標本を置き忘れた。 「博物館で標本が失われることがどれほど多いか驚くでしょう」とラコヴァラ氏は言う。

フィッシャー氏は、カリフォルニア大学バークレー校およびカナダ自然博物館の古生物学者とともに、デジタル化された化石コレクションがいかに役立つかについてイノベーションニュースデイリーに語った。 3 つの機関すべてがそれらを作成しています。 3D デジタル データを使用すれば、海外の別の研究室に保管されている化石を研究したい科学者は、そのために旅行する必要がなくなります。世界中のどこにいても 2 人の古生物学者が同じ化石を同時に観察し、協力して分析することができます。科学者は、パテル氏がスキャンした「魚のパンケーキ」などの歪んだ化石を修正することができます。それらからアニメーションを作成する、カナダ自然博物館が展示のために行っています。

フィッシャー氏は、古生物学研究室ではレーザースキャンが顕微鏡と同じくらい一般的になる可能性が高いと述べた。 「おそらく、ほとんどの研究室が高品質のデジタイザを利用できる日が来るでしょう」と彼は言う。

おそらく将来の古生物学者は、出版する論文ごとにデジタル化された化石へのハイパーリンクを提供する必要があるだろうとラコバラ氏は述べた。そうすることで、他人の結果を検証する科学的プロセスが改善されるだろうと同氏は述べた。

3D プリントされたディノボーン

デジタル データの最も興味深い用途の 1 つは、科学者がデジタル データを 3D プリンターに送信し、本物のプラスチック レプリカに印刷できることです。その後、研究者はファクシミリを操作し、オリジナルを保存してより良い状態に保存することができます。ラコバラさんに関しては、プリントアウトを使って恐竜ロボットを作り、動物がどのように動くかを研究したいと述べた。

ラコバラ氏の研究室がある生物学の建物からすぐのブロックにあるエンジニアのジェームス・タンゴラ氏の研究室には、3D プリンター、さまざまな分解状態の魚ロボット、コーヒーテーブルほどの大きさの水タンクが置かれている。 Tangorra は、動物の自然で効率的な動きをロボットで模倣する方法を研究しています。彼は、Lacovara の 3D プリントされた骨に取り付けるロボット筋肉の作成に取り組んでいます。準備ができたら、研究室で骨も印刷する予定です。 [跳躍するトカゲ！尻尾はロボットのバランスを保つのに役立ちます]

タンゴラとラコヴァラが一緒に作る最初のロボットの 1 つは、一般にブロントサウルスとして知られるアパトサウルスを含む大型草食動物の科の 1 つである竜脚類の手足です。彼らは手足を拡大縮小します。人々が PDF を縮小できるのと同じ方法で、Lacovara はレーザー スキャンからのデジタル データを元のサイズのわずか 2% または 3% に縮小することができます。そうでなければ、彼と学生チームでも実物大の竜脚類の手足を持ち上げることは不可能です。

Lacovara は、最もエネルギー効率の高い設計を探しながら、手足の骨をさまざまな構成でつなぎ合わせます。さまざまな突然変異を試し、どれが最もうまくいくかを確認することで、ある意味、進化を再現することになるだろうと同氏は語った。科学者らは、体重60トンの草食動物ができる限りのエネルギーを節約した可能性が高いため、最も効率的な骨格配置はその動物が生きていた本物の骨格配置であると考えていると説明した。 「彼らは、例えばあなたや私が考えるよりも、非効率性に対してより高い代償を払うことになるだろう」と彼は言う。実際、竜脚類はエネルギー需要を満たすために、おそらく 1 日に約 1 トンの葉を食べる必要がありました。

科学者は、レーザー スキャンからの 3D データを操作するプログラムを使用して、そのような効率の研究を完全にコンピューター上で実行することもできます。多くの場合、この方法はうまく機能し、骨をプリントアウトする必要はない、とフィッシャー氏は言いました。 3Dプリンティングはおそらく依然として時間とコストがかかりすぎるため、将来ほとんどの科学者がこの方法を使用する可能性があると同氏は予測した。

プリントアウトを入手する利点は、現実世界のすべての数学と物理学を正確に再現するプログラムがないことだと、ラコバラ氏は述べた。プログラムでは、プログラマが思いつかなかった変数が省略されることがありますが、現実の世界ではそのような危険はありません。科学者が誰も知らない骸骨に作用する力さえあるかもしれないが、「しかし、それが現実世界の仕組みであるため、それらは依然として星系の中に存在している」と彼は言う。

ラコバラ氏とフィッシャー氏は、移動研究以外にも、古生物学では他の方法でも 3D プリンティングを利用できる可能性があると述べた。たとえば、科学者が化石から失われた骨を埋めるのに役立つ可能性があります。 InnovationNewsDaily の訪問中に、ラコバラ氏は研究室の引き出しの 1 つを引き出し、ニュージャージー州で採取されたウミガメの甲羅の化石を明らかにしました。これは彼がレーザースキャンした最初の標本です。甲羅は、カメの左側にある大きな板、つまり肋骨が1つ欠けていることを除いて、ほぼ完璧でした。それでも、右側の肋骨はそこにありました。ラコバラ氏は、レーザーでスキャンした右肋骨の3Dデータをコンピューター上で反転して、左肋骨の3Dプリントアウト用のデジタル計画を作成できると述べた。

3D スキャンが行われる前は、このような反転を実行するのは困難でした。古生物学者は失われた肋骨の型を手作業で作成する必要があるため、正確な芸術家である必要があるとフィッシャー氏は述べた。一方、コンピューター プログラムでは、クリックするだけで完全な反転を作成できます。

3D プリンターは、卓上の教育モデルや博物館の展示品も作成できます。 「覚えておいてください、カラーでも印刷できるのです」とラコバラ氏は言う。つまり、3D 印刷された博物館モデルは本物の骨のように着色できるということだ。古生物学者なら簡単に違いを見分けることができるが、博物館の訪問者は区別できないだろうと同氏は付け加えた。

昔ながらのフィールドワーク

しかし、ニュージャージー州に戻ると、学生たちが通学用バンを運転して、敷地を所有する鉱山工場のそばの砂利の駐車場まで行き、それから森林地帯を通って採掘場まで歩いたときに、すべての技術が置き去りにされた。泥の中に入ると、彼らはビクトリア時代の先人たちと同じ道具の多くを使用しました。細かい作業にはマイナスドライバーとペイントブラシが必要です。

数人の学生は、モンタナ州とニューヨーク州北部の静かな町への愛について語り、イノベーションニュースデイリーの本拠地であるニューヨーク市に住むことは想像できないと述べた。

「おそらく他の科学よりも、古生物学には歴史的な視点があります」とラコヴァラ氏は言う。古生物学者が特定の発掘物や種について書くすべての論文は、その地域や動物の歴史について語らなければならないため、古生物学者は最終的に先人について学ぶことになる、とラコバラ氏は言う。 「昔の古生物学者は本当に記憶から消えることはありません。」