Ny dansk 3D-skanner begejstrer: Se ind i hovedet på en T. rex

Hvad har kraniet fra en ung T. rex til fælles med en vindmøllevinge og en bordtennis-verdensmesters håndprotese?

De er alle blevet skannet i nye, meget lovende 3D-skannere på Danmarks Tekniske Universitet i Lyngby.

Skannerne virker på samme måde som en CT-skanner på hospitalet, der tager røntgenbilleder af organer i din krop.

»Her kan vi bare præstere en opløsning, der er op til 1.000 gange bedre,« erklærer professor Henning Friis Poulsen, da Videnskab.dk lægger vejen forbi DTU for at høre mere om den ny teknologi.

3D giver »fantastiske muligheder«

En skanning af så høj kvalitet og med så mange detaljer, der følger med, kan give dybe indsigter, som det ellers ville være umuligt at opnå.

Det fortæller museumsdirektør Peter C. Kjærgaard fra Statens Naturhistoriske Museum.

Som nogen af de første har forskere fra museet været forbi det såkaldte 3D Imaging Center på DTU for at få skannet kraniet fra en 66 millioner år gammel Tyrannosaurus rex.

»Nu kan vi gå på 3D-opdagelse i kraniet på en måde, vi ellers overhovedet ikke kunne gøre. Der er ingen hemmeligheder, vi ikke kan se, og det åbner for en lang række forskningsspørgsmål, som vi kan begynde at besvare.«

»Vi har allerede ansat en ny forsker, som arbejder fuldt ud med brugen af den teknologi. Det giver nogle helt fantastiske muligheder,« siger Peter C. Kjærgaard over telefonen.

Naturhistorisk Museum vil i første omgang fokusere på, hvordan tænder er ved at blive dannet i munden på kraniet fra en lille 7-årig T. rex, som du kan se i videoen øverst i artiklen.

Forskningen kan på den måde kaste lys over, hvad de små, unge dinosaurer levede af, så de kunne overleve blandt kæmpestore rovdyr og vokse eksplosivt fra 7-års-alderen frem til 25-års-alderen, hvor de har været på størrelse med lastbiler.

3D skal være del af kæmpe-digitalisering

Naturhistorisk Museum har dog endnu større ambitioner.

Håbet er at bruge blandt andet 3D-skanninger til at digitalisere hver eneste genstand i museets samling på hele 14 millioner fossiler, dyr, planter, fotos, breve og alt muligt andet.

Målet er at gøre det hele tilgængeligt online for dig og mig og undervisere i hele verden.

»Vi vil gerne rykke derhen, hvor du kan kigge forskerne over skulderen. Så når du har læst en videnskabelig artikel eller hørt om noget i undervisningen, kan du gå ind på vores hjemmeside og for eksempel selv lege med kraniet fra vores T. rex, 3D-printe det derhjemme eller bruge det eller nogle af de andre genstande i undervisningen.«

»Sådan en digitalisering giver os nogle muligheder for at demokratisere grundlaget for vores viden og åbne vores samlinger for offentligheden, som vi virkelig gerne vil. Jeg har tårnhøje forventninger til det her samarbejde,« siger Peter C. Kjærgaard til Videnskab.dk.

Rent vand, diabetes og grøn omstilling

Skannerne på DTU kan også give svar på mange andre spørgsmål, som forskere, virksomheder eller studerende har om genstande, materialer eller endda organer.

3D Imaging Center åbnede officielt i sensommeren 2021. Men de 950 kvadratmeter laboratorier på DTU har allerede siden tiden før corona-pandemien haft besøg af prominente virksomheder som Velux, Novo Nordisk, Rockwool, FORCE Technology og LM Wind Power.

Virksomhederne har fået skannet nærmest alt fra brændselsceller over fiskefoder og vindmøllevinger til en injektionspen til patienter med diabetes.

Der er blevet skannet poser, der kan rense beskidt drikkevand i Afrika, LED-lys, mælkekartoner og plastik i flere former.

Alt sammen for at få indsigt i, hvordan man får tingene til at holde i længere tid, hvordan de fungerer under særlige forhold eller bare kan blive endnu bedre til at løse et problem.

Skanningerne kan meget aktuelt også hjælpe med at udvikle teknologi til den grønne omstilling.

»Man kan filme alle fibrene i materialer, der skal bruges til vindmøller, og finde ud af, hvordan de bliver så stærke eller effektive som muligt. Eller man kan lære at forstå, hvordan et batteri virker og udvikler sig, for man kan zoome ind og se, hvad der sker under forskellige påvirkninger.«

»Den slags analyser har stor værdi, når man taler energiteknologi, Power-to-X, solceller og CO2-lagring,« fortæller Henning Friis Poulsen, leder af 3D Imaging Center.

Du kan vende denne og andre løsninger på verdens store problemer med tusindvis af andre danskere i Videnskab.dk's Facebook-gruppe Red Verden. Gruppen er åben for alle.

Protese-skanning hjælper verdensmester

Skanningerne åbner for en verden af detaljer helt ned på nano-skala i materialeprøver, der er mindre end prikken fra en blyant.

En kæmpefordel ved skannerne på DTU er, at man i realtid kan følge forandringer i temperatur, tryk eller andre forhold. Vel at mærke uden at noget som helst bliver ødelagt undervejs.

Det er vigtigt i mange sammenhænge.

Et meget konkret eksempel er skanningen af en håndlavet protese, som bordtennisspilleren Peter Rosenmeier har brugt til at vinde både europa- og verdensmesterskaber og medaljer ved de Paralympiske Lege, senest en sølvmedalje i Tokyo i 2021.

Peter Rosenmeier har brugt en unik, håndlavet protese til at holde battet, selvom han kun har tre fingre – men som han fortæller i videoen herunder, har han længe frygtet, hvordan han kunne fortsætte, hvis protesen gik i stykker.

Hvad nu, hvis man ikke kan lave noget lignende igen?

Den bekymring har han ikke længere. En 3D-skanner på DTU gjorde det muligt at få indblik i, hvad der holdt protesen på plads.

Data fra skanningen blev brugt til skabe et 3D-print af en ny protese. Går den i stykker, printer man det bare en ny ud fra al forarbejdet, der nu ligger elektronisk.

Videoen her giver dig et indblik i processen:

Et kig ind i menneskets indre

Kun fantasien sætter grænser for, hvem der kan få noget ud af at lægge ting i en skanner på 3D Imaging Center på DTU.

Det er meningen, at også retsmedicinere og arkæologer kan få hjælp til analyser af menneskerester eller genstande som tøj og smykker. Mulighederne strækker sig endda videre fra de dødes rige ind i de levendes.

Forskerne på DTU har allerede hjulpet med at lave ultra-detaljerede 3D-skanninger af et helt organ i form af en nyre fra en rotte, men også af menneskelige nerve- og hjerneceller.

Animationen er et resultat af en 3D-skanning af en lille biopsi med nerver fra en menneskehånd. Cylinderen måler i virkeligheden blot 0,13 mm i radius og 0,27 mm i højde og viser samtlige nerver i prøven og fedtlaget omkring dem (rød farve). (Grafik: Hans Martin Kjer, forsker, DTU Compute)

I et nyt pilotprojekt tager forskerne på DTU skridtet videre. Sammen med Aarhus Universitet og Hvidovre og Skejby hospitaler er de ved at undersøge, hvordan man bid for bid laver en kortlægning af en lap i lungen på et menneske ramt af COVID-19.

Den slags kan blive guld værd for både landets læger og for studerende på landets universitetshospitaler, som pludselig kan se på organer i 3D.

»Vi spænder usædvanligt bredt, når det kommer til anvendelser,« konstaterer en tilfreds Henning Friis Poulsen.

Professoren skynder sig dog at tilføje, at der også er et par store tekniske udfordringer, der stadig mangler at blive løst.

Store filer kræver hjælp

En 3D-skanning bliver lavet ud fra tusindvis af billeder taget fra alle mulige vinkler. Det giver på den positive side meget detaljerede informationer og er grundlaget for at kunne lave film i 3D.

Her kan du få et kort indblik i, hvordan 3D-skannerne fungerer.

På den mere udfordrende side efterlader det forskere og partnere med film, der kan løbe op i 10 terabyte eller mere, som man skal forsøge at finde hoved og hale i.

10 terabyte er 10.000 gigabytes; omkring 40 gange mere, end alle de billeder du kan finde plads til på en typisk iPhone.

»Det tager meget længere tid at analysere data end at lave dem, og data bliver større og større. Vi skal udvikle dataanalysen, så den bliver lettere at bruge, og så folk får mere ud af det. Det kræver træning af både os og brugerne,« konstaterer Henning Friis Poulsen.

En del af 3D Imaging Center er derfor en slags support-linje, der giver brugerne gode råd og hjælper med løsninger. Det såkaldte QIM-center er lavet i samarbejde med Københavns og Lunds universiteter og det endnu større røntgenanlæg MAX IV i Sverige, der bygger på samme principper i langt større skala.

Næste landvinding kan hjælpe hele verdens museer

Et andet problem lige nu er, at mens det tit blot tager en time at lave en grundig 3D-skanning af et objekt, kan det nogle tilfælde tage op mod et døgn.

Når man som Statens Naturhistoriske Museum vil digitalisere 14 millioner genstande ved hjælp af blandt andet 3D-skanninger, kræver det tid, som ingen rigtigt har.

»Det er den næste grænse, der skal gennembrydes,« konstaterer museumsdirektør Peter C. Kjærgaard.

Museet og DTU-forskerne er derfor gået sammen for at udvikle nye metoder og måske robotteknologi, som kan sætte turbo på processen.

»Ingen andre museer i verden har legekammerater, som vi har: Et teknisk universitet med så godt et laboratorium og med forskere, der laver teknologiudvikling – endda i så kort afstand, at man næsten kan cykle derhen med genstandene.«

»Jeg tror, vi har en god chance for at komme med løsninger, som kan være med til ikke bare at hjælpe Naturhistorisk Museum, men også resten af verdens museer,« lyder det forhåbningsfuldt fra Peter C. Kjærgaard.

3D bliver et krav til fremtidens forsker

Museumsdirektøren understreger, at 3D-skanninger med det nye center på DTU er kommet for at blive. Museets nyansatte forsker, der skal nærstudere T. rex'en Casper, bliver langt fra den sidste, som bliver mødt med kravet om at have forstand på 3D-skanninger.

»Vi har brug for en generation af forskere, hvor 3D ikke er eksotisk arbejde, som man kan eksperimentere lidt med, men hvor det virkelig rykker og bliver standard i forskningsprocessen.«

»Når vi har det, kan vi begynde at rykke ved nogle af de virkeligt spændende grænser, vi ikke engang kan forestille os endnu, i stedet for at falde på halen over at se et kranie i 3D,« siger Peter C. Kjærgaard.

3D Imaging Centret er blevet til med vigtige bidrag fra Region H og har blandt andet fået 24 millioner kroner i støtte fra Uddannelses- og Forskningsstyrelsen, mens DTU og andre universiteter har lagt 28 millioner kroner.

DTU har desuden investeret 80 millioner kroner i selve røntgen-laboratoriet, der har fået navnet DANFIX.

Hvis du gerne vil have lidt flere indtryk af, hvordan en 3D-skanning af en T. rex bliver til, kan du se denne korte stemningsvideo, som Statens Naturhistoriske Museum har sat sammen: