Jenseits des Abgrunds: Artec Eva und Space Spider helfen bei der Erforschung von Hoyo Negro

Von Matthew McMillion und Varvara Koneva

3D-Scanner

Herausforderung: Die Wissenschaftler benötigten für ihre bahnbrechenden paläoamerikanischen Forschungen eine technische Möglichkeit, hochpräzise 3D-Scans der paläontologischen Funde von Hoyo Negro - sowohl der Knochen als auch der einzigartigen Tierarten - anzufertigen.

Lösung: Artec Space Spider, Artec Eva

Ergebnis: Über 200 Fossilien aus Hoyo Negro wurden für die Verwendung in einem digitalen Museumskatalog, für Forschungszwecke und für eine mögliche VR-Simulation der Stätte gescannt.

Warum Artec? Artec 3D-Scanner zeichnen sich bei wissenschaftlichen Anwendungen, wie etwa der Erforschung von Hoyo Negro, durch ihre hohe Präzision, Tragbarkeit und schnelle Scan-Geschwindigkeit aus. Ihre Fähigkeit, feine Details wiederzugeben – auch während sie durch schwierige Umgebungen navigieren –, macht es möglich, schnell genaue 3D-Modelle zu erstellen, die für die Dokumentation und Untersuchung von Pflanzen, Knochen, geologischen Formationen und anderen unterirdischen Funden geeignet sind.

Am Nationalen Institut für Anthropologie, Mexiko. Das zuverlässige Tandem aus Artec Eva und Space Spider bei der Arbeit. Bildnachweis: Rapid Scan 3D

Schon die Betrachtung der Unterwasserhöhlensysteme auf der Halbinsel Yucatan ist faszinierend. Stellen Sie sich einmal Folgendes vor: Wenn der Meeresspiegel steigt und das komplizierte Netzwerk unterirdischer Gänge in der Region überflutet, wird eine tiefe Grube in dem kolossalen Höhlenlabyrinth Sac Actun zu einer natürlichen Falle. An diesem bemerkenswerten Ort namens Hoyo Negro (spanisch für "Schwarzes Loch") sammeln sich die Überreste erstaunlicher Kreaturen wie Faultiere, elefantenähnliche Gomphotheren, Tapire oder Säbelzahnkatzen.

Hoyo Negro: Geheimnisse der Tiefe enthüllen

Die Stätte hat im Laufe der Zeit eine atemberaubende Sammlung von Fossilien aus dem späten Pleistozän angehäuft und wurde so zu einem aufregenden Forschungsgebiet – und das umso mehr, seit das Skelett von Naia, einem fast vollständig erhaltenen Bewohner der amerikanischen Frühgeschichte, entdeckt wurde. Naia, die als „ein winziger 12.000 Jahre alter Teenager“ auf dem Titelblatt des National Geographic abgebildet wurde, fiel während der Eiszeit in den Hoyo Negro, als das Gebiet noch trocken war, und tauchte erst Jahrtausende später wieder auf. Für die paläoamerikanischen Studien bedeutete der Fund eine Revolution.

Naia, der berühmte Fund von Hoyo Negro, der die paläoamerikanischen Studien revolutionierte. Bildnachweis: National Geographic

Mit seiner überwältigenden Menge gut erhaltener Fossilien, die seit 10.000 Jahren in einer Tiefe von mehr als 30 Metern unter Wasser liegen, bleibt Hoyo Negro ein faszinierender Ort für die Forschung, wenn auch ein logistische nicht ganz anspruchsloser. Tatsächlich wurde der Zugang zu dieser paläoamerikanischen Fundstätte erst dank der Zusammenarbeit verschiedener führender Forschungseinrichtungen, die Expeditionen zur Bergung und Untersuchung der Unterwasserfossilien koordinierten, möglich.

Zu den Fossilien, die in diesen Tiefen gefunden wurden, zählen solche von Elefanten und Säbelzahnkatzen. Bildnachweis: Rapid Scan 3D

Ein Zeugnis herausragender Zusammenarbeit ist das gemeinsame Projekt der East Tennessee State University (ETSU) und des Instituto Nacional de Antropologia e Historia (INAH) in Mexiko. Mit dem Fortschreiten dieses Projekts wurde auch die Notwendigkeit, die Fossilien zu digitalisieren, immer dringlicher. Und es wurde deutlich, wie wichtig es ist, sie präzise und dabei ohne das Risiko einer Beschädigung zu erfassen. An dieser Stelle rückten Technologien der neuesten Generation in den Mittelpunkt: Die Implementierung von Photogrammetrie und 3D-Scans gewährleisteten einen sorgfältigen und nicht-invasiven Ansatz zur Erhaltung und Untersuchung der Fossilien von Hoyo Negro.

Die richtigen Leute, die richtigen Werkzeuge, der richtige Arbeitsablauf

In der Digitalisierungsphase dieser Forschungsreise traf sich ein Team, bestehend aus den ETSU-Paläontologen Blaine Schubert und Chris Wedga, dem Archäologen Jim Chatters und Dominique Rissolo, der an der Universität von Kalifornien in San Diego die VR-Simulation von Hoyo Negro entwickelt, auf Experten und Techniker in Mexiko-Stadt, um die gefundenen Fossilien zu digitalisieren.

Zur Bewältigung dieser Aufgabe entschied sich das Team für die Artec Scanner Eva und Space Spider – eine Wahl, die nicht zuletzt durch die bereits bestehende Vertrautheit mit der Artec Technologie begünstigt wurde. Die Scanner wurden bezogen von Rapid Scan 3D, einem innovativen Artec Ambassador, der modernste 3D-Hardware und -Software sowie wertvolles Fachwissen über die Erfassung von 3D-Scans anbietet. Rick Feijoo, ein Spezialist für 3D-Lösungen bei Rapid Scan, sollte eine entscheidende Rolle bei der Expedition spielen, indem er die Scanner bediente, um präzise digitale Abildungen der Fossilien zu erfassen.

Rick Feijoo beim Digitalisieren von Unterwasserfossilien. Das Verfahren ist schnell und sicher. Bildnachweis: Rapid Scan 3D

An vier Tagen, an denen jeweils etwa acht Stunden lang im National Institute of Anthropology gescannt wurde, erfasste das Team über 200 Fossilien, darunter die Überreste von Riesen-Baumfaultieren und ein Fragment einer Mammuthüfte. Besonders aufregend: Die meisten der gescannten Fossilien von Riesen-Baumfaultieren entpuppten sich als Vertreter einer bisher unbekannten Art! Da die Fossilien in Größe und Form so unterschiedlich sind, war es hilfreich, zwei unterschiedlicher Artec Scanner zur Hand zu haben. Während Space Spider, der für seine Präzision bei der Erfassung komplizierter Details bekannt ist, für kleinere Objekte und komplexere Geometrien eingesetzt wurde, war Eva für mittelgroße strukturierte Objekte verantwortlich.

Rick Feijoo stellte fest, dass das Scannen mit Artec ein Kinderspiel war, zumal der gesamte Prozess des Scannens und der Datenverarbeitung lediglich 5 bis 15 Minuten dauerte. Diese Effizienz erleichterte nicht nur den Arbeitsablauf, sondern verdeutlichte auch die bemerkenswerte Geschwindigkeit der Artec Scanner bei der Erfassung zerbrechlicher Fossilien und die Erstellung präziser digitaler Replikate.

Von Fossilien in die Zukunft: 3D-Technologie prägt die nächste Phase der paläontologischen Erforschung

In der zukünftigen Erforschung von Hoyo Negro wird die richtige Technologie eine große Rolle spielen. Angesichts der Herausforderungen, wie sie die Arbeit unter Wasser mit sich bringt, griffen die Wissenschaftler und Taucher zunächst auf Photogrammetrie und Fotografie zurück und schleppten schwere Ausrüstung, wie Hochleistungslampen und Kameras, unter die Wasseroberfläche. Die nahtlose Integration von Artec 3D-Scannern, einer Technologie, mit der die gesamte Gruppe bereits vertraut war, erwies sich jedoch als echter Wendepunkt. Mit der Einbeziehung von Eva und Space Spider in den Arbeitsablauf stiegen Präzision und Geschwindigkeit bei der Digitalisierung von Fossilien sprunghaft an, was 3D-Daten ermöglichte, die hochauflösend und naturgetreu wie nie zuvor waren. Diese Scans haben nun alle Chancen, den Verlauf zukünftiger Studien zu beeinflussen und bei mehreren Projekten gleichzeitig eine wichtige Rolle zu spielen.

Verarbeitung der Scans in Artec Studio. Bildnachweis: Rapid Scan 3D

Ein solches Projekt ist die Katalogisierung der Knochen für den Aufbau einer umfangreichen Fossiliensammlung an der ETSU, eine der führenden Institutionen bei der Erforschung des Riesenfaultiers. Das Gray Fossil Site & Museum der Universität steht an der Spitze der modernen paläontologischen Forschung. Ziel der ehrgeizigen Vision dieser Einrichtung ist es, eine umfassende digitale Sammlung aufzubauen, die nicht nur als kostbare Ressource für Forscher dient, sondern auch das Lernen und den Wissensaustausch über die faszinierenden Kreaturen fördert und das Museum zu einem wichtigen Zentrum für Bildung, Forschung und Entdeckung macht.

Eine weitere spannende Perspektive ist die Verwendung der Scans für die Virtual-Reality-Simulation von Hoyo Negro, die an der University of California, San Diego, entwickelt wurde. Bei diesem Projekt wird die unter Wasser liegende archäologische Stätte als interaktive 3D-Umgebung nachgebildet, die von jedem Ort aus - sei es auf einem Laptop oder in einer begehbaren Virtual-Reality-Einrichtung - in erstaunlicher Detailtreue erforscht werden kann.

Hier streiften einst Säbelzahnkatzen umher! Bildnachweis: Rapid Scan 3D

Obwohl Naia, der berühmte Fund von Hoyo Negro, zu unserem Verständnis der Herkunft, des Wachstums und der Entwicklung der frühen Amerikaner beigetragen hat, bleiben weiterhin offene Fragen. Warum wagten sie und ihre Zeitgenossen sich in das Höhlenlabyrinth unter der Oberfläche der Halbinsel Yucatan? Wie sah ihre Welt aus? Welche eiszeitlichen Kreaturen durchstreiften die Region, bevor sie im Abgrund des Hoyo Negro ihr Schicksal fanden?

Es ist erstaunlich, wie ein hochwertiger 3D-Scan Wissenschaftlern, Technikern, Experten für 3D-Modellierung und VR-Spezialisten dabei helfen kann, diese Fragmente der Eiszeit sicher wieder ans Licht zu bringen. Die Reise in die Tiefen des Hoyo Negro, die einst unvorstellbar erschien, geht weiter.