Los modelos virtuales 3D de restos paleontológicos generados por TAC (Tomografía Axial Computarizada) permiten abrir las puertas de un mundo nuevo en los estudios de fósiles. El Laboratorio de Evolución Humana (LEH) de la Universidad de Burgos, junto con el Grupo de Integridad Estructural, cuenta con el primer TAC no hospitalario de España, es decir, dedicado exclusivamente a fines científicos y de investigación, y que sirve para tomografíar todo tipo de fósiles.
Gracias a la tecnología adquirida por la universidad, los miembros del LEH analizan los restos sin necesidad de tocarlos, acceden a su estructura interior y exterior e incluso pueden reconstruir y duplicar partes que no existen. Así, abren posibilidades de estudio impensables en el ámbito de la Paleontología, muy cerca de uno de los yacimientos más importantes del mundo: Atapuerca.
Con el TAC se realizan análisis de todas las partes de un hueso, distancias, superficies, volúmenes, además de todos sus detalles anatómicos. “El modelo tridimensional nos permite jugar a la Paleontología virtual. Una vez que tengo un objeto 3D en mi pantalla, el software me permite duplicar y reconstruir partes que no existen y tener un objeto completo cuando el original no lo está”, explica a la Agencia DiCYT el responsable del Laboratorio, José Miguel Carretero.
Medir sin manipular
“El software me permite, por ejemplo, medir el objeto virtual, sin tener que manipular el original”, apunta Carretero, y “además, las medidas que tomamos sobre la reconstrucción virtual son exactas y no hay desviación en relación a los originales”. Al margen de estas ventajas, el responsable destaca que también “permite intercambiar con otros investigadores y laboratorios, modelos y réplicas que pueden ser estudiados como si fueran los originales. El intercambio de información entre laboratorios se acelera bastante. En un futuro, el estudio de los fósiles virtuales será de lo más común entre los investigadores”.
El Laboratorio de Evolución Humana detecta fósiles de la Sierra de Atapuerca “aunque también es posible registrar otros objeto del patrimonio, de madera, metal o piedra, aunque con sus limitaciones de tamaño”, explica Carretero. “Con el TAC, obtenemos una imagen tridimensional del objeto, pero no sólo podemos reconstruir la superficie externa del objeto, que es lo que haríamos con un escáner de superficie 3D, sino que la tomografía nos permite estudiar y acceder a toda la estructura interna”. Esta técnica no destructiva permite obtener cortes delgados de un cuerpo mediante rayos X sin que el objeto de estudio sufra alteración alguna. “Con el software especializado MIMICS hacemos cortes, observamos el interior de los fósiles y accedemos a una serie de variables internas, medimos volúmenes, ángulos, áreas, superficies y estudiamos los rasgos anatómicos internos que no son accesibles de otra manera”, describe el responsable del LEH.
Carretero muestra cómo se puede hallar por ejemplo el volumen encefálico de un cráneo sin necesidad de rellenarlo de ningún material, estudiar en detalle su estructura interna, como la anatomía del conducto auditivo, las cavidades aéreas o senos, el grosor de las paredes o, entre otras, las impresiones vasculares. Por ejemplo, en los dientes humanos podemos estudiar la proporción entre la dentina y el esmalte, rasgo que sirve para distinguir a los neandertales de Homo sapiens. “Muchas de las nuevas variables y rasgos que se pueden estudiar con el TAC aportan novedosa información que utilizamos los investigadores para hacer estudios evolutivos”, indica.
Asociar huesos
En la Sima de los Huesos, aparecen huesos de muchos individuos, pero mezclados y rotos. “El TAC nos permite reconstruir las partes que faltan, duplicar los dos lados e incluso intentar asociar huesos de un mismo individuo”, indica Carretero. “Estudiando con detalle a través de la tomografía tanto las secciones transversales de las diáfisis como la forma de las articulaciones a distintos niveles (la zona de contacto entre los huesos), podemos intentar saber si dos huesos diferentes pueden pertenecer a un mismo individuo. Así, poco a poco pasaremos de los trozos de huesos a los huesos completos aislados y, finalmente, a reconstruir esqueletos parciales”, detalla a DiCYT el responsable del LEH.
Sin embargo, las posibilidades de análisis de los restos paleontológicos no se queda ahí. Los investigadores de la Universidad de Burgos trabajan con técnicas de prototipado rápido que tienen como objetivo obtener en un solo paso y de manera rápida, una réplica tridimensional exacta de los diseños que han sido generados mediante otras aplicaciones, como el TAC o el escáner 3D sin manipular el original. “La última fase del proceso de prototipado lo que hace es utilizar el modelo digital 3D e imprimirlo, pero en 3D”, explica Carretero. “En nuestro caso la máquina produce una réplica exacta del fósil en un material plástico de gran resistencia con una enorme precisión. La ventaja es que en todo este proceso no hemos necesitado a penas manipular el original“ y las réplicas tienen gran interés en el campo de la docencia y la difusión.
Simular la estructura
En otro tipo de estudios, a partir de las imágenes del TAC y junto con software especializado, podemos obtener, además de la geometría exterior e interior, variables como la densidad aparente o real del objeto escaneado, que a su vez se puede relacionar con propiedades asociadas a su comportamiento mecánico, en nuestro caso el de un hueso. A partir de esta información, el Método de los Elementos Finitos (MEF) nos permite realizar lo que denominamos una simulación estructural.
En ella, los modelos geométricos virtuales obtenidos con el TAC se convierten a una malla de elementos finitos a los que podemos asignar propiedades físicas concretas, lo que permite tratar el modelo virtual 3D como si fuera un sólido real. Podremos aplicar al modelo el conjunto de cargas, fuerzas y restricciones mecánicas que nos interese calculando el resultado correspondiente. Nuestro objetivo es “avanzar en este campo de los elementos finitos y de la biomecánica, ya que supone hacer ensayos de mecánica sin someter el hueso a ningún ensayo destructivo”.
Utilidades
En definitiva, todas estas técnicas de tomografiado, digitalización 3D y prototipado rápido son muy útiles en muchos aspectos relacionados con la conservación, difusión e investigación del patrimonio cultural. La Sierra de Atapuerca tiene una de las colecciones de restos paleontológicos más importantes del mundo. A lo largo de 30 años, las campañas de excavaciones han extraído fósiles increíbles, que a través de estas técnicas se pueden estudiar y analizar sin necesidad de dañarlos. Por ello, el Laboratorio de Evolución Humana de la Universidad de Burgos trabaja mano a mano con el equipo que dirige Juan Luis Arsuaga en la Universidad Carlos III de Madrid, sin olvidar la colaboración directa con el Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH).
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