José Miguel CarreteroElena SantosLaura Rodríguez

Burgos, 2008

CIENCIAS EXPERIMENTALES PARA LA CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO

Técnicas de Reconstrucción 3D aplicadas al estudio y conservación del registro paleontológico de Atapuerca

Los Yacimientos de la Sierra de Atapuerca, Burgos.

PROYECTO CIENTÍFICO

Nos basamos en los

HUESOS

¿Cómo eran los humanos del Pleistoceno?

¿Cómo era su entorno?

EQUIPOS ADQUIRIDOS CON FONDOS FEDER SOLICITADOS POR EL LEH DE LA UBU

Perfilador láser confocal para medidas metrológicas 3D.Microscopio electrónico de barrido de presión controlada

(ambiental)Sistema de microanálisis de rayos X por dispersión de energías

(EDS) con detector de elementos ligeros.Sistema de Tomografía Axial Computarizada de rayos X (TAC).Sistema de Digitalización 3D de grandes y pequeños objetos ysuperficies.Software de Reconstrucción tridimensional por ordenador.Sistema de Prototipado Rápido (RP) por Sinterizado Láser (SLS).Sistema portátil de medición de alta precisión por coordenadasbasado en tecnología infrarroja y visión artificial.Equipo de modelado 3D, renderización y edición de imágenes.

El TAC de la Universidad de Burgos.Primer TAC no hospitalario instalado en España

Constante control de los parámetros

YXLON COMPACT

KV máx.= 225mA al máx. voltaje = 2.8mA

Radiografía digital

Tiempo de escaneo=15seg/imagen

Tº de reconstrucción= 30 seg/imagen

Mayor resoluciónMenor resoluciónCalidad imagen

Lenta

Gran refrigeración

Rápida

Limitada por calentamiento del tubo

Adquisición

Reconstrucción

Disponibilidad total

Después de los enfermos

Tiempo de uso

TAC hospitalario vs TAC de la UBU

TAC hospitalario vs TAC de la UBU:

La Tomografía axial computarizada (TAC) es una técnica no destructiva que permite visualizar el interior de los objetos sólidos opacos.

Reconstrucción virtual del objeto y las estructuras internas

Toma de medidas de manera fidedigna

Recreación de fósiles--- Reconstrucción de caras

Aplicaciones en el sector industrial: fracturas, defectos, porosidad ….

Utilizado en Atapuerca en estudios de: encefalización y lenguaje, …

Azul = Homo sapiens

Rojo = Homo heidelbergensis

Lenguaje

PROPIEDADES BIOMECÁNICAS DE LOS HUESOS

GrosoresVolúmenesÁreasMomentosForma seccionesDistribución hueso

Análisis poblacional

Patologías

Posibles asociaciones entrehuesos de un mismo individuo

Asignación de materiales mediante la tomografía

• Tabla de conversión:

DENSIDADESHOUNSFIELD

PROPIEDADESMATERIAL

COLOREADO DE LOS TRIANGULOS EN FUNCION DE SU CALIDAD

Estudio de Elementos Finitos (FEA)

Asignación de propiedades

Coloreado de los elementos en función de suspropiedades mecánicas:

- Módulo de Elasticidad.- Módulo de Poisson- Densidad

Zona de baja densidad

Zona de alta densidad

Biodinámica: esfuerzo muscular, energía, resistencia, estrés …

The existence of fissures in the bonerepresented a considerable risk for breakageduring the removal of the sediment. Thestone tool cutmarks were elements that wewould have to try to preserve intact.

JHE 2008, López-Polín, et al.

RestauraciónGran Dolina: Estrato Aurora (1994)

En paleontología, arqueología y restauración y conservación del patrimonio es imprescindible replicar

los objetos originales

Investigación, docencia, divulgación y conservación

En muchas ocasiones es imposible manipular los originales por su delicado estado de conservación.

Técnicas convencionales de obtención de réplicas

Reconstrucción 3D a partir del TAC

PROTOTIPADO RÁPIDOPROCESO que permite obtener de manera rápida, exacta y sin manipular el original, una réplica tridimensional de los diseños que han sido generados mediante otras aplicaciones como el TAC o el escáner en 3D.

PROCESO DE SINTERIZADO POR LÁSER DE POLIAMIDA EN POLVO

El proceso de Sinterizado Láser consta de tres sub-procesoscomplementarios y necesarios para la obtención de réplicas o prototiposde calidad:

1) Generación de los modelos informáticos 3D

• Tomografia Axial Computarizada (TAC)• Digitalización 3D (Escaner 3D)• Diseño en entornos CAD

2) Construcción de los modelos sólidos 3D y su posterior tratamiento

• Sinterizado por láser de poliamida en polvo

3) Validación dimensional de los modelos sólidos fabricados

• Equipo de metrología de precisión y sistema de calibración

1) Generación de los modelos informáticos 3D

Tomografía Axial Computarizada (TAC). Técnica no destructiva. Tiene limitaciones de coste, tamaño y transporte de los originales hasta el TAC.

Digitalización 3D (Escaner 3D). Complementario con el TAC. Es más rápido y barato. No tienen limitado el tamaño aunque no se obtienen el interior de las piezas.

Diseño en entornos CAD. Posibilitan la definición de los objetos de forma espacial.

EQUIPO ADQUIRIDO PARA EL PROCESO DE DIGITALIZACIÓN 3D DE

GRANDES SUPERFICIES

Equipo de digitalización 3D sin contacto.- Láser Scanner LS de la compañía FARO (www.faro.com).

• Tecnología de desplazamiento de fase.

• 120.000 puntos por segundo.

• Tres componentes de onda: 76 m, 9,6 m y 1,2 m

• Alcance sin ambigüedad hasta 76 m.

• Resolución de 0,58 mm.

• 28 millones de puntos por escaneo.

Tecnología

Aplicaciones ESCANER 3D LÁSER de FARO

Arquitectura e ingeniería civil Automoción Centrales eléctricas y nucleares Ferrocarriles y carreteras Industria minera Investigación forenseInvestigación accidentes Patrimonio Procesos de automoción Productos grandes

Grandes objetos y superficies

Pequeños objetos y detalles de precisión

Scanner Metris LC50

25 micras K610 / 35 micras K600 Precisión

75 mmDistancia Focal

65 mmProfundidad de campo

50 mmAncho cortina láser

19.200 puntos/segVelocidad de digitalización

K-Scan / LC50Características Técnicas

GENERACIÓN DE MODELOS SÓLIDOS: SINTERIZADO POR LÁSER DE POLIAMIDA EN POLVO.

EOSINT P385 (EOS-GmbHElectro OpticalSystems)

34 x 34 x 62 cm

INTERIORES Y EXTERIORES, DIFERENTES ESCALAS, TODAS LAS PARTES DEL PROCESO DE RECOSNTRUCCIÓN

3) Validación dimensional de los modelos sólidos fabricados

Ningún proceso de Prototipado Rápido tiene sentido ni utilidad alguna sin un sistema de control que garantice y certifique la calidad dimensional de los objetos fabricados.

Un exhaustivo control de calidad únicamente puede llevarse a cabo mediante precisos sistemas de calibración de los equipos de medida y ensayo.

La metrología es la herramienta imprescindible que permite avalar la calidad de los productos y los procesos asegurando las relaciones científicas y/o comerciales justas y el reconocimiento nacional e internacional.

EQUIPO ADQUIRIDO PARA LA METROLOGÍA DE PRECISIÓN

Cámara de medición Krypton K-600 de la Compañia Metris distribuido en España por la firma española Metrología Sariki S.A. (www.sariki.es).

Sistema portátil de medición de alta precisión por coordenadas basado en tecnología infrarroja y visión artificial.

PATRIMONIO CULTURALEn los últimos años el impacto de las NN. TT. ha sido muy fuerte en la forma de representar el Patrimonio. Se abren nuevas posibilidades de registro, conservación y divulgación.

La representación del Patrimonio va más allá de la simple medida del objeto. En la actualidad se concibe como fuente deconocimiento y soporte a los procesos de conservación, difusión y transmisión del Patrimonio.

Es la sociedad quien nos encarga la tarea de estudiar y registrar el patrimonio.

La sociedad reclama información y divulgación y devolverle ese conocimiento de una manera inteligible y no con un código cifrado.

Es vital una integración de la ciencia y sus resultados en los canales habituales, incluyendo aspectos culturales, didácticos y turísticos.

CONCLUSIONES

La DIGITALIZACIÓN 3D abre nuevas posibilidades de registro, conservación y divulgación del Patrimonio.

La toma de datos es rápida y se consiguen modelos digitales muy precisos y en un tiempo muy reducido. El software adecuado permite gestionar de manera muy eficaz la información.

La posibilidad de obtener réplicas precisas sin necesidad de actuar directamente en los restos originales, contribuye a mantener sin alteraciones el Patrimonio existente. Un clon digital y físico se concibe como fuente de conocimiento y soporte a los procesos de conservación, difusión y transmisión del Patrimonio.

El lenguaje de la imagen es universal. Los matices de la forma, color, textura y aspecto, confieren un realismo naturalista muy apropiado para una fácil y universal comprensión de la pieza.

La elevada carga económica debida al uso de estas tecnologías en cuanto a software, hardware y aprendizaje para su correcto manejo, aconseja la colaboración activa entre profesionales e instituciones.

Agradecimientos

• Universidad de Burgos.• Dirección General de Investigación Científica y Técnica.• Fundación Siglo para las Artes y las Ciencias de la Junta de Castilla y León.• Fundación Atapuerca.• Equipo de excavación e investigación de Atapuerca