04 marzo 2009

Escáneres, huellas y dinosaurios

En este artículo se da a conocer el hallazgo y análisis de una serie de huellas humanas de 1.5 millones de años de antigüedad:
Matthew R. Bennett et al., 2009, Early Hominin Foot Morphology Based on 1.5-Million-Year-Old Footprints from Ileret, Kenya. Science, 323(5918): 1197-1201.
En este otro se estima el volumen corporal y masa de unos dinosaurios:
Karl T. Bates et al., 2009, Estimating Mass Properties of Dinosaurs Using Laser Imaging and 3D Computer Modelling. PLoS ONE 4(2): e4532.
¿Qué tiene en común estos dos artículos? La respuesta es que ambos han usado una herramienta de medida relativamente nueva: el escáner láser. En el primer caso usaron un Konica Minolta VI900, montado horizontalmente sobre un armazón a unos 60 cm sobre las huellas. Cada huella fue representada mediante unos 300000 puntos superpuestos a fotografías digitales (Nikon D200) que fueron corregidas geométricamente.

Modelos digitales de las huellas localizadas en Kenia, a orillas del lago Turkana (figura disponible como Supporting online material del artículo)

En el otro artículo se usó un escáner láser Riegl LMS-Z420i para tomar medidas de los esqueletos de cinco grandes dinosaurios (entre ellos un par de tiranosaurios), con la diferencia de que, en este caso, la forma compleja obligó a usar tomas desde diversos puntos de vista y unirlas para forma un modelo tridimensional único.


Reconstrucción de un tiranosaurio a partir de un esqueleto modelado con un escáner láser (figura del trabajo original).

¿Cómo funcionan estos aparatos? Como todas las buenas ideas, el principio es muy simple: se lanza un rayo láser contra el objeto y se recibe el "eco" o reflejo. Según la distancia al objeto y la forma de operar hay dos tipos básicos de escáneres láser. El primero se usa para objetos cercanos (menos de un par de metros) y funciona por triangulación: el emisor de luz, el punto de "impacto" sobre la superficie del objeto y el sensor receptor forman un triángulo en el cual el primer y último componente están perfectamente localizados. Un poco de cálculo trigonométrico y se estima la distancia al objeto con una incertidumbre de una décima de mm más o menos. Lógicamente, o el objeto o el rayo de luz o ambos se mueven para cubrir toda la superficie desde diversos ángulos.
Cuando el objeto es lejano se usan escáneres que miden el tiempo entre la emisión y la recepción de la luz. La incertidumbre es mayor pero las distancias pueden llegar al centenar de m. Una incertidumbre típica es de ±2 mm a 25 m. Algunos modelos más sofisticados aprovechan que el láser es luz coherente y usan la fase para aumentar precisión y exactitud. Como en el caso anterior, los pulsos láser barren el objeto para cubrir toda la superficie. Salvo que se trate de objetos más o menos planos (fachadas, por ejemplo) es habitual realizar varias tomas moviendo el escáner de lugar. El procesado final consiste en unir las nubes de puntos en una sola, eliminar los errores groseros por métodos estadísticos y restaurar la forma aproximada del objeto en tres dimensiones superponiendo fotografías digitales para asignarle textura. Un escáner de este tipo puede tomar de 2 a 3 millones de puntos.en 30 segundos cubriendo un campo de vista casi esférico.
¿Por qué les cuento esto? Bueno, aparte de que creo que son instrumentos interesantes y de que los artículos son bastante llamativos, es que hemos comprado uno recientemente (tan recientemente que está empaquetado aún). Mi intención es convencer a los grupos de investigación de mi universidad de que lo usen aunque no sea para fines tan exóticos como los de los artículos mencionados arriba. Fachadas de edificios históricos, conducciones romanas (acaba de escanearse parte de la Gran Muralla china), excavaciones arqueológicas, procesos geomorfológicos... a ver para qué nos da la imaginación ¿alguna idea o propuesta interesante?

Modelo de la Gran Muralla realizado mediante escáner láser aerotransportado y vista en colores reales de la zona

Actualización: en Mundo Neandertal, Martín Cagliani nos cuenta algo más sobre las huellas de Kenia: 1 y 2.

2 comentarios:

Soportándome dijo...

Esas huellas son igualicas a las de mis pies. JAAJA

Angel dijo...

¿No estarías por Kenia hace un millón y pico de años? A ver si nos vas a sorprender... :-)

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