10,000마리 이상의 개들이 3D로 인쇄된 혁신적인 정형외과 TTA RAPID™ 임플란트를 받았습니다. 시스템 다이렉트 금속 인쇄(DMP) 및 Rita Leibinger Medical이 설계한 제품 입니다.

 

2012년부터 3D Systems와 독일의 혁신적인 수의사 의학 회사인 Rita Leibinger Medical이 협력하여 개를 위한 혁신적인 정형외과 무릎 이식 수술인 TTA RAPID를 개발 했습니다. 이 작고 정밀한 3D 프린팅된 티타늄 임플란트는 진단을 받은 거의 10,000마리의 개들에게 성공적으로 이식되었습니다. : 잭러셀 (Jack Russells)에서부터 그레이트 데인즈 (Great Danes)에 이르기까지 십자 인대 문제가 발생했습니다. 몇 주 만에 개들은 마치 아무 일도 없었던 것처럼 걷고, 뛰고, 놀 수 있었습니다. 이는 광범위한 것과 극명한 대조를 이룹니다. 전통적인 시술에 필요한 회복입니다. "새로운 TTA RAPID 임플란트는 훨씬 더 좋고 영구적인 숨막히는 관절 안정성을 제공함으로써 개들의 움직임을 복원하기 위해 뒷다리에 있는 오늘날의 수술 절차를 대폭 간소화 합니다."라고 3D 시스템의 기술 및 애플리케이션 개발 매니저인 Peter Mercelis는 말합니다.

 

 

 

"당신의 개가 고통스러워하고 거의 걸을 수 없는 것을 보는 것은 가슴 아픈 일 입니다"라고 말합니다. 장애가 있는 개들은 종종 십자 인대의 고장으로 진단을 받고, 이로 인해 경직된 관절의 불안정성이 발생합니다. 경직된 관절은 허벅지 뼈와 개의 뒷다리에 있는 두 개의 아래쪽 다리뼈를 연결하는데, 이것은 사람의 무릎과 맞먹습니다. 십자인대의 고장은 일반적으로 외상, 퇴행성 또는 유전적인 원인을 가지며, 그 결과로 나타나는 불안정한 경직된 관절은 보통 개의 운동 범위를 상당히 감소시켜 그들은 뛰고 걷는데 어려움을 겪습니다.

그러나 TTA RAPID(Tibial Tuberosity Advancement)는 3D 시스템의 다이렉트 메탈 프린팅의 속도와 정확성에 의해 가능하게 되었고, 치료를 성공적으로 받은 수천 마리의 개들이 보여주는 인상적인 결과들을 만들어내고 있습니다. 이 획기적인 임플란트의 성공의 열쇠는 복잡하고 개방적인 구조입니다. 이것은 3D 프린팅을 사용해야만 만들어질 수 있었습니다. 티타늄으로 인쇄된 이 구조는 더 큰 안정성과 훨씬 더 빠른 회복을 위해 빠른 뼈 성장을 촉진합니다. 개들은 이전 수속으로 더 적은 시간 동안 마취를 받고 더 적은 감염을 경험합니다.

  

 

 

 

중요한 3D 프린팅 티타늄 임플란트

"수의과 의사는 투베로시타스 하부 다리 뼈를 정확하게 부분적으로 절단합니다."라고 부슐레는 설명합니다. "그런 다음 외과의사는 정확한 크기의 티타늄 임플란트를 절단 부위에 삽입하여 쐐기 역할을 합니다. 이 변형된 뼈 모양은 숨막히는 관절의 기계적 힘을 간접적으로 재구성하여 역동적인 무릎 안정성을 만듭니다. 이러한 TTA RAPID는 수술 후 6주만에 개들이 자유롭게 걷고 뛸 수 있도록 해줍니다."

벨기에 겐트 대학 수의학 영상학과 정형외과 전문의 이브사모이(Yves Samoy)가 참여 했습니다. TTA RAPID 임플란트의 개발과 적용 초기에 그는 "새로운 티타늄 임플란트의 주요 장점은 모양과 강도 그리고 비교적 간단한 수술 절차입니다. 저는 정기적으로 TTA RAPID를 5kg에서 85kg 사이의 개에게 이식하면 높은 수술 성공률과 매우 우수한 정형외과 결과를 얻을 수 있습니다." 작은 패키지로 최대의 복잡성을 포장하는 능력에 크게 의존하는 임플란트는 뼈에 정확하고 안정적인 요소를 형성하여 개의 장기 운동 범위를 급격하게 증가시킵니다.

 

 

 

 

거대한 분야를 넘나드는 시장 잠재력

"상업 출시 1년 후, 거의 10,000개의 TTA RAPID 장치가 이식 되었습니다"라고 부슐레는 결론 짓습니다. “우리는 TTA RAPID가 십자인대 부상으로 고통받는 많은 개들의 움직임을 회복할 수 있는 엄청난 잠재력을 보고 있습니다. TTA RAPID 임플란트의 성공으로 다른 의료 응용 분야에 유사한 임플란트 유형이 개발되었습니다. 예를 들어 고양이와 장난감 개를 위해 특별히 설계된 새로운 TTA RAPID 소형 임플란트 라인이 있습니다."

TTA RAPID는 유럽의 Rita Leibinger GmbH의 특허 기술이며 미국에 특허 출원 중입니다.

 

 

관련영상

https://www.linkedin.com/posts/rita-leibinger-gmbh-co-kg_tta-activity-7158189696781635584-85oH/

 

SPEE3D는 영국 육군과 협력하여 프로젝트 컨버전스에서 워프스피3D 프린터를 시연하며 적층 제조 기술이 국방 분야에 가져올 수 있는 이점을 선보였습니다.

이번 달에 SPEE3D 팀은 영국 육군의 REME 병사들과 함께 포트 어윈에서 다국적 훈련 부대에 중요한 부품을 제작했습니다. 우리 기술의 세계 최고 수준의 고속 기능으로 인해 영국 육군은 미 육군 미래 사령부 전체에 사용할 수 있는 콜드 스프레이 금속 제조 기능을 제공하기 위해 우리의 지원을 요청했습니다. 프로젝트 컨버전스 2022를 사용하여 개념 평가의 일부로 수행합니다.

영국 육군과 파트너십을 맺은 최초의 적층 제조 기업 중 하나인 3D Systems는 훈련 기간 동안 다양한 조건에서 금속 3D 프린팅 부품을 현장에서 출력할 수 있는 워프스피3D 프린터의 배포 가능한 기술을 선보였습니다.

워프스피3D 택티컬은 영국 육군과 협력하여 프로젝트 컨버전스에 사용된 기술입니다.

 

올해 프로젝트 컨버전스에 참가한 워프스피3D는 포트 어윈의 혹독한 사막 조건에서 부품을 성공적으로 제작하여 우리 기술의 견고하고 탐험적인 역량과 금속 3D 프린팅이 어떻게 국방 공급망 준비에 활용될 수 있는지를 보여주었습니다.

워프스피3D를 사용하여 프로젝트 컨버전스에서 제작한 수십 개의 장갑차 애플리케이션 중 일부입니다.

 

미 육군 미래사령부 프로젝트 컨버전스는 대표적인 학습, 실험, 시연 캠페인입니다. 2022년 10월 30일부터 11월 9일까지 캘리포니아주 포트 어윈에서 열린 프로젝트 컨버전스는 미래 작전 환경에서 합동 및 다국적 상호 운용성을 향상시키는 데 중점을 두고 약 300개의 기술을 평가하는 것을 목표로 했습니다. 수천 명의 미국, 영국, 호주 군인, 연구자, 업계 파트너가 참가하여 이러한 새로운 기술을 실험하고 평가했습니다. 이 캠페인은 미국, 영국, 호주의 첨단 기술을 하나의 훈련 환경으로 통합했습니다.

"영국 육군의 초청을 받아 군용 적층 제조 기술의 역량과 물류에 미치는 영향을 연구하고 협력할 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각합니다. 지난 2년간의 파트너십을 통해 3D 금속 프린팅이 군이 직면한 수많은 문제를 해결하고 거친 지형에서 중요한 부품을 신속하게 프린트할 수 있는 배포 가능하고 사용하기 쉬운 솔루션이 필요하다는 사실을 확인했습니다." - 바이런 케네디, SPEE3D의 공동 창립자 겸 CEO.

"SPEE3D는 전 세계 국방부와 정기적으로 협력하여 군의 가장 시급한 공급망 문제를 해결하는 데 도움이 되는 혁신적인 적층 제조 기술을 선보이고 있습니다. SPEE3D와 협력하여 영국 육군이 세계 최고의 적층 제조 기업으로부터 교훈을 얻을 수 있는 기회를 제공하게 되어 기쁘게 생각합니다." - 영국 육군 중령 데이비드슨 리스.

합동 훈련 기간 동안 SPEE3D와 영국 육군은 캠페인이 진행되는 2주 동안 다양한 장갑차를 위한 수십 개의 애플리케이션을 개발하는 데 협력했습니다.

현장에서 SPEE3D와 영국 육군 팀이 프린트한 많은 부품 중 하나가 바로 이 M109 특수 공구였습니다. 미 육군의 요청에 따라 이 특수 공구를 단 9분 만에 설계할 수 있었습니다. 그런 다음 30분 만에 프린트하고 현장에서 2시간 이내에 열처리했습니다.

알루미늄 6061 M109 특수 공구가 WarpSPEE3D로 인쇄되었습니다. 프린트 시간: 30분. 프린트 무게: 600g/1.3파운드.

 

특수 공구로 제거해야 하는 M109 볼트.

 

워프스피3D가 제조한 또 다른 부품은 이 CVRT 메인 드라이브 스프라켓 휠입니다. 이 부품은 현장에서 사용할 때 종종 손상되는 경우가 있습니다. 프로젝트 컨버전스 기간 동안 팀은 이 부품을 단 몇 분 만에 설계한 후 WarpSPEE3D로 2시간여 만에 프린팅하고 2시간 이내에 열처리하여 사용할 수 있도록 준비했습니다.

알루미늄 6061 CVRT 메인 드라이브 스프라켓 휠을 WarpSPEE3D로 프린트했습니다. 

프린트 시간: 2시간 12분. 프린트 무게: 2.7kg/6lbs.

 

프로젝트 컨버전스 2022에서 3D 프린팅된 또 다른 인상적인 대형 금속 부품 세트는 영국 워리어 IFV 프론트 토잉 아이와 미국 HEMTT A4 트럭 타이 다운 보우 섀클입니다. 이 부품들은 현장에서 손상되어 움직일 수 없는 차량을 복구하는 데 도움이 됩니다. 두 부품 모두 현장에서 열처리 및 가공되기까지 총 8시간의 프린팅 시간이 소요됩니다.

 

알루미늄 6061 영국 전사 IFV 전방 견인 아이. 인쇄 시간: 5시간. 프린트 무게: 6kg/13.2파운드.

 

 

알루미늄 6061 US HEMTT A4 트럭 타이 다운 보우 섀클. 인쇄 시간: 2.5시간. 인쇄 무게: 3kg/6.6파운드.

 

포트 어윈의 프로젝트 컨버전스에서 워프스피3D로 새로 출력한 알루미늄 6061 영국 워리어 IFV 전방 견인 눈입니다.

 

이 부품들은 당사와 영국 육군이 시험 기간 동안 생산한 여러 부품 중 일부로, 당사의 특허받은 콜드 스프레이 기술이 열악한 조건에서 현장에서 중요한 부품을 제조하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 보여줍니다. 이처럼 빠른 처리 시간으로 몇 시간 만에 교체 부품을 생산할 수 있는 능력은 전선에서 군인들이 필요로 할 때 차량 준비 상태를 개선하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

프로젝트 컨버전스 기간 동안 국방부 주요 인사들의 방문도 여러 차례 받았습니다. 프로젝트 컨버전스의 '저명 방문자의 날'에는 미국 우주사령부의 데이비드 톰슨 장군(우주 작전 부참모장)에게 다음과 같은 내용을 브리핑할 수 있는 기회가 있었습니다. SPEE3D의 최근 핫파이어 테스트그리고 콜드 스프레이로 까다로운 우주 부품을 기존 기술에 비해 더 빠르고 저렴한 비용으로 제조할 수 있습니다.

 

SPEE3D의 유럽 국방 프로그램 디렉터인 캘럼 스튜어트가 미우주사령부의 데이비드 톰슨 장군을 만나 

프로젝트 컨버전스 2022에서 영국군과 SPEE3D 팀이 워프스피3D를 사용해 프린팅한 다양한 애플리케이션을 선보이고 있습니다.

이날 미 육군 물자사령부 사령관(에드워드 데일리 장군)과 영국 참모차장(샤론 네스미스 장군)도 바이런 케네디 CEO를 방문하여 원정 제조, 특히 콜드 스프레이가 현재 국방 공급망에 미치는 영향에 대해 브리핑을 했습니다.

미 육군 물자사령부 사령관(장군 에드워드 데일리)과 영국 참모차장(중장 샤론 네스미스)이 

프로젝트 컨버전스 2022의 저명인사 방문의 날 행사에서 워프스피3D 옆에 서 있는 

SPEE3D CEO 바이런 케네디를 만나고 있습니다.

 

프로젝트 컨버전스는 SPEE3D에게 특허받은 콜드 스프레이 기술이 군 공급망에 미칠 수 있는 영향을 입증할 수 있는 기회를 제공했습니다. 영국 육군과의 협업은 전 세계 국방부와의 지속적이고 세계 선도적인 첨단 제조 작업의 한 예입니다. 지난 9월, 3D Systems의 워프스피3D는 세계 최초로 금속 3D 프린터로 다음과 같은 작업을 성공적으로 수행했습니다. 미 해군 함정의 금속 부품 제조 미 해군의 REPTX 시험에 참여했습니다. 그리고 지난달에는 이동성이 뛰어나고 사용하기 쉬우며 어디서든 몇 분 안에 부품을 프린트할 수 있는 세계에서 가장 빠른 올인원 컨테이너형 금속 3D 프린터인 XSPEE3D를 공개했습니다. XSPEE3D는 군사용으로 특별히 개발된 3D 프린터입니다. 호주 육군이 2020년과 2021년에 세계 최초로 금속 3D 프린팅 현장 시험을 진행 중입니다.

XSPEE3D - 모든 프린팅 기능과 보조 장비가 하나로 통합된 최신 탐험용 금속 3D 프린터입니다.

 

당사의 특허받은 고유 기술은 기존 3D 금속 프린팅보다 1,000배 더 빠릅니다. 세계에서 가장 경제적인 적층 제조 공정을 통해 어디서든 단 몇 분 만에 산업용 품질의 금속 부품을 생산할 수 있습니다. 당사의 공정은 압축 공기와 전기로 작동하며 다른 적층 제조 프린터와 달리 헬륨이나 기타 가스에 의존하지 않습니다. 이번 출시와 함께 페이저 노즐 올해 초에 발표된 이 공정은 현재 부품을 생산할 수 있습니다. 12개의 재료 세트구리, 스테인리스강, 티타늄, 고강도 알루미늄, 니켈 기반 탄화물 등 다양한 소재가 있으며, 더 많은 소재가 개발 중입니다.

 

과제: 법의학 현장에서 증거를 빠르고 정확하고 쉽게 컬러로 기록하여 LiDAR 스캐닝 및 사진 측량에서 얻은 전체 데이터를 보완하고 개선하여 기록 과정에서 발견되는 중요한 공백 메우기.

솔루션: Artec Eva, Artec Leo, Artec Studio, LiDAR 스캐너, 사진 측량

결과: Advanced Laser Imaging은 Artec 3D 스캐너를 사용하여 현장 기록에서 큰 성공을 거두었습니다. 한 여성이 계단에서 추락사를 당해 주목받는 사건에서 Artec Eva는 현장의 부상과 물체에 대한 법의학적으로 중요한 검사를 가능하게 하여 수사 과정과 후속 법정 선고를 바꾸는데 중요한 역할을 했습니다.

Artec을 선택한 이유: 신뢰할 수 있는 정확성, 사용 편의성, 휴대성 및 속도, 이러한 기능은 법의학 현장에서 필요한 모든 데이터를 캡처하여 ALI 직원의 사건 재구성 능력을 혁신하고 가장 까다로운 사건도 해결하는 데 필수적인 것으로 입증되었습니다.

런던의 한 가정집에 구급차가 현장에 도착했을 때 계단 꼭대기에서 추락한 여성은 이미 부상을 입고 사망한 상태였습니다. 그녀의 동거인은 몇 분 일찍 반응이 없는 그녀를 발견했습니다.

경찰은 현장을 기록하고 실제로 무슨 일이 일어났는지 파악하기 위해 최선을 다했지만, 그녀의 죽음에 이르게 된 일련의 사건은 완전히 명확하지 않았습니다.

그녀의 동거인이 경찰에 진술한 내용은 피해자에게서 발견된 수많은 상처와 타박상으로 인해 신빙성이 없다고 판단되었습니다. 경찰 보고서에는 피해자의 눈 부상에 대한 전문가 진술이 포함되어 있으며, 이는 얼굴에 발로 차서 생긴 것일 가능성이 높다고 주장했습니다.

사건의 순간별 재구성

변호인단은 사건이 법정으로 넘어가기 전에 증거에 대한 명확한 파악이 필요했습니다. 그래서 그들은 영국 런던에 있는 Advanced Laser Imaging(ALI)의 법의학 범죄 재구성 전문가에게 도움을 요청했습니다.

범죄 현장의 계단 및 주변 환경을 결합한 스캐너 3D 모델, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

런던 경찰청에서 10년 가까이 근무한 검증된 경험을 바탕으로 Advanced Laser Imaging의 창립자들은 사진 측량, LiDAR 스캐너, 휴대용 3D 스캐너 등 다양한 기술을 사용하여 3D 기록 및 범죄 현장 재구성 분야의 선구자로서 10년 이상 법의학 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있는 1mm 미만의 정확도를 가진 경량의 전문 3D 스캐너인 Artec Eva를 비롯한 다양한 기술을 사용해 왔습니다.

영국 체셔에 본사를 둔 Artec의 골드 인증 파트너인 Europac3D의 전담 3D 스캐닝 전문가가 Advanced Laser Imaging에 Artec 3D 스캐너 제품군을 소개했습니다. 첫 번째 시연에서 Advanced Laser Imaging 팀은 Artec Eva가 법의학적으로 정확한 3D 스캐너에 대한 자사의 엄격한 요구 사항을 충족시킬 수 있다는 것을 알았습니다.

이들은 Artec Eva의 사용 편의성, 휴대성, 기존 현장 및 증거 기록 작업 흐름에 원활하게 통합할 수 있는 기능에 주목하며 법의학 수사 역량을 강화하는 데 있어 이 솔루션이 갖는 잠재적 역할을 더욱 공고히 했습니다.

현장에서 Artec Eva로 라디에이터를 스캔하는 ALI의 기술이사인 공학석사 Mark DeGiovanni, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

Eva는 러시아 군이 저지른 전쟁 범죄를 기록하기 위해 매일 사용하는 우크라이나 경찰 및 법의학 팀을 비롯한 전 세계 수천 개의 고객사가 사용하는 완전 무선 고성능 휴대용 3D 스캐너인 Artec Leo의 전신 모델입니다.

완전히 독보적인 클래스의 Leo는 범죄, 사망, 충돌 현장과 그 안의 모든 증거를 초당 최대 3,500만 고해상도 3D 데이터 포인트의 생생하고 사실적인 색상으로 캡처하는 데 탁월한 성능을 발휘합니다.

20년 이상 3D 스캐닝을 팀 작업 흐름의 핵심으로 삼아온 Advanced Laser Imaging의 기술 책임자인 공학석사 Mark DeGiovanni는 "시간을 거슬러 올라가 범죄 현장에서 벌어진 일련의 사건을 목격할 수 있다고 상상해 보십시오."라고 말했습니다.

그는 "이것은 얼마 전까지만 해도 공상과학 영화의 줄거리처럼 들렸을 것입니다. 하지만 오늘날 우리는 수년 동안 그래왔듯이 영국과 해외의 법 집행 기관 및 기타 수사 기관에 중요한 서비스를 제공하고 있습니다."라고 덧붙였습니다.

Artec Eva가 현장을 기록하는 데 도움을 주는 방법

계단 위와 주변의 일련의 물체를 캡처하여 이러한 물체가 피해자의 치명적인 부상에 어떤 식으로든 영향을 미쳤는지 파악하기 위해 Artec Eva를 사용했습니다. 이러한 물체에는 라디에이터, 난간, 문, 문고리 등의 뾰족한 끝이 포함됩니다.

현장에서 3D 스캔한 물체와의 가능한 인과 관계를 파악하기 위한 피해자의 얼굴 상처에 대한 법의학적 상해 분석 시각화, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

이 스캔은 Artec Studio 소프트웨어에서 처리된 후, 안와 주변의 상처와 현장의 물체 사이에 법의학적으로 중요한 자국 표시가 있는지 살펴보기 위해 사용되었습니다.

피해자의 시신에 접근할 수 없었기 때문에 사진 측량 기술을 사용하여 눈 주위의 상처를 재구성하고 부상의 정확한 크기를 유지했습니다. 얼마 지나지 않아 ALI 팀은 변호인단에 결론을 제시했습니다.

 

 

피해자의 얼굴 상처와 계단 난간 기둥의 3D 모델 사이의 인과 관계를 파악하는 법의학적 상해 분석, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

경찰이 제시한 초기 전문가 진술에도 불구하고, 이 새로운 증거는 검찰의 주장에 의문을 제기하며 현장에 있던 다른 물체가 피해자에게 부상을 입히고 사망에 영향을 미쳤을 수 있음을 보여주었습니다.

DeGiovanni와 그의 팀이 작성한 보고서는 변호인단이 더욱 강력한 주장을 펼치는 데 도움이 되었고, 그 결과 피고에 대한 형량이 줄어들었습니다.

소음 속에서 신호 찾기

Artec Eva와 Artec Leo는 DeGiovanni와 그의 팀에게 없어서는 안 될 도구입니다. 차량 내부 스캔이 필요한 경우를 예로 들 수 있습니다. 이는 총알의 궤적을 파악하거나 목격자 진술의 타당성을 테스트하는 것일 수 있습니다.

이처럼 현장과 그 안에 있는 모든 증거에 대한 포괄적이고 1mm 미만의 정확도를 갖춘 3D 모델을 통해 ALI 팀은 증인 진술과 물리적 증거를 단일 모델로 결합하여 사건의 흐름을 자신 있게 재구성할 수 있습니다.

여기에는 특정 증인이 자신이 증언한 특정 사건을 자신이 있던 위치에서 물리적으로 볼 수 있었는지 확인하기 위한 타당성 및 가시선 분석도 포함됩니다.

총탄 궤적 분석을 위해 Artec Eva를 사용하여 3D 스캐닝 준비된 총탄 구멍과 법의학 스티커가 있는 1층 식당 창문

영국에서 가장 까다로운 사건들에서 10년 이상의 경험을 쌓은 Advanced Laser Imaging은 범죄 현장의 모든 관련 증거를 안전하고 안정적으로 기록하고, 다양한 분석과 재구성을 수행한 후 법정에 적합한 보고서를 작성할 수 있는 폭넓은 지식을 보유하고 있습니다.

그 무엇도 운에 맡기지 않는 3D 스캐닝

DeGiovanni는 "수년 동안 우리는 중요한 범죄 현장 증거를 빠르고 쉽게 기록하기 위해 Artec 3D 스캐너를 사용해 왔습니다."라고 말했습니다.

그는 “마침내 현장을 떠날 때 우리에게는 다중 기술 작업 흐름이 요구하는 고품질의 정확도와 텍스처가 있는 모든 필요한 데이터가 있다는 것을 아는 것이 매우 중요합니다. 이런 점에서 Artec 3D는 결코 우리를 실망시키지 않았습니다.”라고 덧붙여 말했습니다.

또한 3D 법의학 현장 기록은 범죄, 충돌 및 사망 현장의 재구성에서 매우 중요한 역할을 하여 모든 종류의 수사에 획기적인 영향을 미칩니다.

3D 스캐닝의 정확하고 세밀하며 접근하기 쉬운 특성은 수사관에게 이러한 현장에 담긴 복잡한 이야기를 풀어낼 수 있는 강력한 도구를 제공하여 진실 추구를 강화할 수 있게 해 줍니다.

라디에이터의 고해상도 Eva 스캔(텍스처 제거)을 보여주는 Artec Studio 스크린숏, 이미지 제공: Advanced Laser Imaging

3D 기술은 사건과 출석자 개개인의 행동에 대해 더 깊고 암시적인 이해를 제공함으로써 사법 제도가 더욱 공정한 결과를 도출할 수 있도록 지원합니다.

 

이 주목받는 Advanced Laser Imaging 사례는 법의학 분야의 광범위한 변화를 보여주는 지표이며, 이러한 변화가 점점 더 디지털화된 미래로 나아감에 따라 사회는 큰 혜택을 누릴 수 있게 될 것입니다.

과제: 기한이 빠듯한 작업을 수행하면서 다양한 자동차, 밴, 트럭 및 버스를 위한 맞춤형 장갑차를 만드는 데 필요한 정밀한 CAD 모델을 구축하기 위해 해체된 차량을 빠르고 정확하게 3D 스캔하기.

솔루션: Artec Leo, Artec Studio, Dassault Systemes CATIA V5

결과: 이제 Artec Leo를 사용하면 해체된 자동차, 밴 또는 트럭을 두 시간 만에 앞 범퍼에서 뒤 범퍼까지 1밀리미터 이하의 정확도로 스캔할 수 있습니다. 스프레이나 표적이 필요하지 않습니다. 5시간 동안 처리하고 나면 스캔을 CAD 작업할 수 있습니다. 이 클라이언트의 이전 3D 스캐너는 스프레이와 수천 개의 표적이 필요했고 이러한 차량을 스캔하는 데 꼬박 일주일이 걸렸으며 CAD 스캔을 처리하는 데 일주일이 더 걸렸습니다.

왜 Artec 3D인가? 100% 무선 방식의 노트북이 필요 없는 Leo는 스캐닝 프로젝트를 위해 당장 밖으로 가져갈 수 있습니다. 초심자가 작동하기 충분히 쉬우면서도 계측 엔지니어에게는 충분히 강력한 Leo를 통해 클라이언트는 프로젝트를 놀라운 정확도로 더 빠르게 완료할 수 있어 비용을 절감하는 동시에 품질 저하 없이 200%-300% 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다.

 

 

아이들과 부모들을 가득 실은 미니밴이 모퉁이를 돌 때 두 명의 무장괴한이 기다리고 있었습니다. 그들은 주차된 차량들 뒤에서 나와 AK-103을 수평으로 세우고 사격을 가해 빠르게 접근하는 차량을 향해 세심히 조정된 3~4발의 연속 발사로 기총소사했습니다.

그러나 운전자는 멈추지 않았습니다. 몇 초 만에 무장괴한들의 총알이 떨어졌고 총알이 박힌 미니밴은 빠르게 달아났습니다. 창문은 산산조각이 났지만 그대로 남아 있었고 안에 있던 탑승자는 모두 흔들렸지만 다치지 않았습니다.

             방탄유리

장갑 차량: 교황과 대통령만을 위한 것이 아님

우크라이나에서 중동 그 이상에 이르기까지 전 세계적으로 장갑 차량의 필요성은 그 어느 때보다 커졌습니다. 군대, 정부 및 초부유층뿐만 아니라 인도주의 기관 및 단체를 위해 가장 위험한 지역까지 승객을 안전하게 수송합니다.

이러한 방탄 차량 중 최고의 차량은 각 개별 차량에 대해 선택한 장갑 수준에 따라 0.22에서 0.50 구경까지 다양한 특징을 지닌 합성물, 강철 및 세라믹으로 따로따로 만들어져 다양한 탄도 위협을 막을 수 있습니다.

목표는 무게를 최소한으로 적게 추가하면서 최대한의 보호를 달성하는 것입니다.

비록 맞춤형 정장은 안에 착용하지만 장갑 차량을 맞춤형 정장 만드는 것처럼 생각해 보십시오. 몇 가지 이유로 최대한 잘 맞아야 합니다.

             2022년형 Toyota Hi-Lux의 프레임을 3D 스캔하는 Artec Leo. 이미지 제공: A.B. Engineering

때로는 명백한 비용상의 이유로 변경을 최소한으로 하여 OEM 내부 부품을 원래 있던 곳에 다시 설치할 수 있어야 합니다. 그리고 필요한 경우 검문소에서 운전자와 대화하는 사람(무장 괴한)에게 차량이 이목을 끌지 않게 보여야 합니다.

그런 다음 모든 것이 제자리로 돌아오면 탑승자들이 자유 공간의 손실을 느끼지 않아야 합니다. 그리고 마지막으로 잘 훈련된 눈이라도 그러한 보호된 자동차, 밴 및 버스를 개조되지 않은 일반 차량과 구별하지 못하도록 장갑은 외부에서 감지할 수 없어야 합니다.

이러한 "스텔스 요청"은 어느 정도의 시야 거리에서 차량이 지극히 평범하게 보여야 하는지를 명시하는 요구 사항과 함께 임무별로 차량에 따라 클라이언트가 합니다. 이 거리는 50미터에서부터 차량 바로 옆에 서서 가까이서 볼 수 있는 거리까지 다양합니다.

이러한 힘든 위업을 달성하기 위해서는 차량을 먼저 가장 기본적인 프레임과 요소로 해체한 다음 어떠한 미세한 부분이라도 놓치지 말고 최대한 정확하게 측정해야 합니다.

 

     2022년형 Toyota Hi-Lux의 프레임을 3D 스캔하는 Artec Leo. 이미지 제공: A.B. Engineering

그러고 나서 다음 단계에서 일단 설치하고 OEM 부품을 다시 제자리에 놓으면 장갑, 도어 및 차량의 기타 잠재적으로 취약한 부분 사이에 틈이 거의 또는 전혀 생기지 않도록 모든 맞춤형 장갑 요소를 CAD로 설계하고 엄격한 조건에서 제조할 수 있습니다.

이것이 불가능할 때마다 OEM 내부 트림을 완벽하게 모방하기 위해 새로운 맞춤형 내부 트림이 생성되지만, 장갑에 더 많은 공간이 할당됩니다.

이는 Toyota J79 트럭과 같은 소형 차량의 경우 1~2개월이 걸리고 Chevy Suburban 같은 크고 복잡한 SUV의 경우 최대 4개월 이상이 소요될 수 있는 프로세스입니다.

3D 스캐닝을 통한 차량 장갑

업계에서 명성이 높은 차량 장갑 전문업체 중 하나는 2012년부터 주요 항공우주 및 방위 기업과 협력하고 있는 기계 엔지니어링 회사인 이스라엘의 A.B. Engineering Ltd.입니다. 이 회사의 포괄적인 장갑 작업 흐름에서 가장 기본이 되는 것은 3D 스캐닝입니다.

이 회사의 설립자이자 CEO인 Irakly (Ika) Baitish는 “차량 탑승자를 최대한 보호하기 위해 차량은 물론 차량이 위험 구역에서 벗어날 수 있도록 계속 구르게 하는 엔진, 구동렬(drive train) 및 기타 필수 부품에 장갑하는 것은 정확한 측정부터 시작하는 것이 절대적으로 중요합니다.”라고 말했습니다.

     Leo의 터치스크린 디스플레이에서 Hi-Lux의 3D 스캔 검토. 이미지 제공: A.B. Engineering

그는 이어 "이것이 우리가 측정 매체로 3D 스캐닝을 선택한 이유입니다. 이를 통해 운전자와 엔진실을 구분하는 부분인 방화벽과 같이 수동으로 측정하기 까다로운 영역을 포함하여 전체 차량의 정확한 치수를 구할 수 있기 때문입니다.”라고 말했습니다.

차량의 3D 스캔이 처리되면 그들은 스캔을 CAD 시스템인 Dassault Systemes CATIA V5로 내보냅니다.

거기에서 스캔을 참조 모델로 사용하여 곧 제조될 탄도 패널 및 기타 장갑 구성 요소를 설계한 다음 차량에 가상으로 설치하여 최종 결과물이 앞으로 몇 주 후에 장갑을 설치한 후 앞 범퍼에서 뒤 범퍼까지 차량을 빈틈없이 완벽하게 보호할 수 있는지 확인합니다.

최적의 3D 스캐너 찾기

그러나 모든 3D 스캐너가 같은 것은 아닙니다. 처음에 Ika와 그의 팀은 작업을 위해 많은 수의 표적과 많은 양의 스프레이 그리고 노트북, 몇 개의 케이블 및 220V 전원이 필요한 잘 알려진 고급 휴대용 3D 스캐너를 사용하고 있었습니다.

그 당시의 전형적인 프로젝트의 예로 이 팀이 장갑해야 하는 Skoda Kodiaq의 해체된 운전석과 차대를 스캔하고 있을 때를 들 수 있습니다. 

3,000개 이상의 스티커를 붙이고 필요한 양의 스프레이를 분사한 후 스캔하는 데 꼬박 2주가 걸렸지만 그 결과로 얻은 데이터는 필요한 만큼 깨끗하지 않았습니다.

 

Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux 후면의 Leo 스캔 X-ray 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

스캔을 확실하게 연결하고 CAD를 위한 매우 정밀한 3D 모델을 생성하기 전에 데이터를 정리하고 수동으로 다시 측정하는 데 한 주가 더 걸렸습니다.

팀원 중 한 명(가장 짧은 빨대를 뽑은 사람)이 차량에서 3,000개 이상의 표적을 벗겨낸 후 청소하는 일을 담당했습니다. 불행히도 일부 스티커는 내부 트림 패널들에 잔류물을 남겨 이 패널들을 사용할 수 없게 만들었습니다.

이에 수반된 과도한 시간과 노력을 보고 Ika는 사용하고 있던 3D 스캐너로 인해 팀의 작업 속도가 아주 느려진다는 것을 알게 되었습니다.

 

 Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux 후면의 Leo 스캔 X선 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

프로젝트 기한이 유연하지 않은 업계에서는 매일, 매 시간이 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 그래서 프로젝트가 끝난 후 Ika는 더 나은 3D 스캐너를 적극적으로 찾기 시작했습니다.

몇 주에 걸친 스캐닝, 표적 및 스프레이에 작별 인사

그는 Artec 3D 웹사이트를 발견하고 수년 동안 리버스 엔지니어링, 포렌식, 의료 분야 및 기타 응용 분야에서 선호되어 온 전문 휴대용 3D 스캐너인 Artec Leo에 깊은 관심을 갖고 살펴보았습니다.

1밀리미터 미만의 정확도로 고해상도 컬러 3D 스캔을 제공하는 Leo는 터치스크린 디스플레이와 내장형 배터리 팩을 모두 갖추고 있어 100% 휴대가 가능하며 빠른 FPS 캡처 속도와 넓은 스캔 시야를 자랑합니다.

2022년형 Toyota Hi-Lux를 그 어느 때보다 빠르게 스캐닝

Leo를 채택한 이후 A.B. Engineering의 작업 흐름이 어떻게 개선되었는지를 보여주는 한 가지 예로 최근 장갑 프로젝트 중 하나인 2022년형 Toyota Hi-Lux 4도어 트럭의 해체된 운전석과 차대를 스캔하는 작업을 들 수 있습니다.

Leo를 손에 들고 Ika와 그의 팀은 Toyota Hi-Lux 4도어 트럭을 캡처하기 시작했습니다. 단 두 시간 후에, 단 한 개라도 표적을 붙이거나 스프레이를 분사하지 않고 스캐닝을 완벽하게 완료했습니다.

 

 Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux의 결합된 Leo 스캔. 이미지 제공: A.B. Engineering

그때부터 Artec Studio 소프트웨어에서 스캔을 처리하고 CAD로 전송된 STL 파일을 생성하여 Hi-Lux의 장갑을 설계하는 데 불과 5시간밖에 걸리지 않았습니다.

이전 스캐너가 거의 같은 결과를 내기 위해 스캔하는 데 일주일 그리고 스캔을 처리하는 데 일주일이 더 걸렸으면서도 질이 현저히 떨어진 것과 비교하면 그 차이는 놀라웠습니다.

Ika는 “예전을 되돌아보면 Leo가 보여주는 속도 차이는 놀랍습니다. 또한 Leo로 얻는 데이터는 오정렬(misalignment)이 전혀 없이 훨씬 더 깨끗합니다."라고 말했습니다.

 Artec Studio 스크린숏: Hi-Lux 내부의 Leo 스캔 X선 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

그는 이어 “우리의 측정 프로세스는 시간과 품질 면에서 크게 개선되었습니다. Leo는 엔지니어링 결과물의 품질과 탄도 격차를 줄이는 데 필요한 추가적인 몇 퍼센트를 얻을 수 있는 능력을 극적으로 변화시켰고, 이는 말 그대로 생명을 구할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

"모든 차량에는 맞춤형 접근 방식이 필요합니다."

Ika와 그의 팀은 장갑하는 모든 차량에 대해 필요한 탄도 보호 정도, 차량의 의도된 용도, 필요한 시간 프레임 및 부차적인 차량 업그레이드에 대한 기대치를 고려하여 클라이언트와 상의합니다.

후자를 고려할 때 일반적인 장갑 작업은 차량의 총중량에 230~900kg를 쉽게 추가할 수 있습니다. 이러한 증가를 수용하기 위해 때때로 특수한 고중량 브레이크, 차축, 변속기 및 구동렬이 필요합니다.

 

 Artec Studio에서 Hi-Lux의 Leo 스캔을 쉽게 정렬 중. 이미지 제공: A.B. Engineering

Ika는 "이러한 차량 '보강' 시 중량이 많이 증가하므로 최고 수준의 방어 범위를 유지하면서 중량은 최저가 되게 장갑을 최적화해야 한다는 큰 부담을 갖게 됩니다."라고 말했습니다.

그는 이어 "이제 Leo가 있기 때문에 이런 최고의 결과를 얻는 것이 훨씬 더 빠르고 쉽습니다."라고 말했습니다.

 몇 번의 클릭만으로 Hi-Lux의 스캔이 Artec Studio에서 정렬됩니다. 이미지 제공: A.B. Engineering

실탄 사격장에서 작업 테스트

Ika와 그의 팀은 프로젝트 규모나 복잡성에 상관없이 그들의 작업을 확고히 지지하며 Leo를 통해 더욱 자신 있게 작업을 수행할 수 있습니다. 그들은 최근에 있었던 장갑 시연에서 그 품질을 입증했습니다.

그들의 차량 중 하나인 중장갑 트럭이 실탄 사격 테스트 시설로 졌고, 그곳에서 다양한 무기의 모든 구경(최대 0.50) 800발 이상이 차량에 발사되었으나 관통이 하나도 없었습니다.

 Hi-Lux 후면의 Leo 스캔 X-ray 모드 보기. 이미지 제공: A.B. Engineering

반면에 경쟁사의 또 다른 장갑 차량은 같은 무기로부터 유사한 총알 세례를 받았습니다. 그것은 실제 시나리오였다면 탑승자가 생존할 가능성이 전혀 없었을 지점을 훨씬 지나 수백 번 관통되었습니다.

Leo만 있으면 작업 준비 완료: 자동차, 트럭, 버스 및 비행기 장갑

지금까지 수년 동안, A.B. Engineering의 숙련된 엔지니어와 기술자 팀은 다양한 차량, 항공기 및 기타 물체에 대해 단순한 것부터 복잡한 것까지 광범위한 범위의 장갑 프로젝트를 수행해 왔습니다.

Ika는 "Leo는 휴대하기 쉽기 때문에, 우리는 다음 프로젝트가 있는 곳이면 어디든 비행기를 타고 날아갑니다. 그곳에 도착하면 우리는 그 어느 때보다 빨리 작업을 끝낼 수 있다는 것을 알고 있으며, 모든 데이터는 Leo의 SD 카드에 바로 깨끗하게 준비되어 있을 것입니다.”라고 말했습니다.

 CAD 준비 완료: Hi-Lux의 결합된 Leo 스캔의 Artec Studio 스크린숏. 이미지 제공: A.B. Engineering

그는 이어 “전 세계 어디든 현장에 노트북 없이 스캐너만 가져올 수 있다는 것만으로도 큰 덤이고, 표적 없이 스캔할 수 있는 옵션은 스캔하는 물체를 준비할 필요가 없기 때문에 또 다른 큰 이점입니다. 그리고 이는 스캐닝 프로세스의 흔적을 남기지 않는다는 것을 의미하기도 하며, 이는 때때로 아주 중요할 수 있습니다."라고 말했습니다.

연중 클라이언트 및 추천인의 꾸준한 유입

비즈니스 관점에서 Leo를 통해 Ika와 그의 팀은 훨씬 더 경쟁력을 가질 수 있었습니다. 오늘날 Leo를 사용하면 3D 스캐닝이 포함된 모든 프로젝트에 이전보다 엔지니어링 시간이 2주 단축됩니다. 이를 통해 이 회사는 클라이언트에게 직접 낮은 가격을 제공할 수 있으며, 결과적으로 클라이언트 및 추천인이 일 년 내내 유입됩니다.

Ika는 “우리가 Leo를 채택하기 전에는 3D 스캐닝은 작업에 걸리는 시간 때문에  클라이언트에 대한 총비용의 20~30%를 차지했습니다. 하지만 Leo를 사용할 경우, 스캐닝 비용은 프로젝트 비용의 5~10%에 불과합니다. 따라서 어떤 경우에는 우리가 예전에 갖고 있던 3D 스캐너와 같이 성능이 떨어지는 3D 스캐너를 사용하는 경쟁업체보다 20% 저렴한 비용을 청구할 수 있습니다."라고 설명했습니다.

과제: 다년생 라이그래스의 고 처리량 표현형에 중점을 둔 한 연구원은 프로젝트 기간에 종묘장에서 160개의 개별 식물을 6~8회 비파괴적으로 측정하여 식물 육종가와 농부에게 가장 바람직한 특성을 가진 특정 식물을 식별하는 데 도움을 줄 수 있는 방법이 필요했습니다.

솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio, ImageJ 및 3D Slicer

결과: Artec Space Spider를 사용하여 각 라이그래스 이삭을 몇 분 만에 정밀하게 캡처하여 각 식물에 대한 1mm 이하의 정확한 3D 스캔을 제공함으로써 연구자들이 성장 주기 동안 심층적으로 관찰할 수 있게 했습니다. 스캔 후 이삭의 3D 모형은 디지털 방식으로 "골격화"되어 각 이삭 구조의 구조적 본질을 한 치의 오차도 없는 정확도로 드러냈습니다.

 

꽃이 피는 다년생 라이그래스 이삭

세상은 식량이 바닥나고 있고, 상황은 점점 더 나빠지고 있습니다. 세계 인구는 빠르게 증가하고 있고 2050년까지 97억 명을 넘어설 것으로 예상됩니다. 많은 전문가들은 안정적인 식량 안보를 확보하기 위해 식량 생산 수준이 그때까지 50~98%까지 증가해야 한다고 주장합니다. 이는 심지어 세기 중반에 가까워짐에 따라 가속화되고 있는 기후 변화의 예측할 수 없는 영향은 고려하지 않았을 때의 경우입니다.

전 세계의 농부들은 줄어드는 경지에서 그 어느 때보다 더 많은 작물을 재배하고 가뭄, 홍수, 악성 전염병 및 식물병에도 불구하고 어떻게든 지속 가능한 작물 수량을 달성해야 하는 어려운 도전에 직면해 있습니다.

전 세계적으로 수억 명의 사람들이 매일 밤 굶주린 채 잠자리에 드는 상황에서 우리는 오늘날의 식량 안보 요구 사항을 충족시키려면 아직 멀었습니다. 동서양의 전문가들이 동의하는 한 가지가 있습니다. 즉, 우리가 이 고르디우스의 매듭을 풀려면 농업 분야에서 비할 데 없는 혁신이 필요하다는 것입니다.

고대의 뿌리를 가진 최신 기술

어려운 상황에서 작물 수량을 늘리기 위한 이러한 최첨단 혁신 중 하나는 고 처리량 표현형(HTP)의 과정입니다. 간단히 말해서 표현형은 특정 식물을 관찰하고 분석한 다음 식물의 개별 관찰 가능한 특성에 기반하여 결정 및 예측하는 행위입니다. 이것은 농부들이 지금까지 10,000년 이상 해온 일입니다.

 

밀을 들고 있는 고대 이집트 사제, 호루스 신전, 기원전 2세기경

그들은 밭을 거닐면서 가장 바람직한 특성을 가진 식물을 신중하게 선택했으며, 이러한 식물에서 미래에 심을 씨앗을 모을 것입니다. 아직 서 있는 작물에서 씨앗을 벗겨내었고 이미 식물에서 떨어져 나가(탈립하여) 땅에 떨어진 씨앗은 그냥 무시했습니다. 곤충 피해 및 기타 약점의 징후가 있는 식물도 냉대를 받았습니다.

이 과정을 수 세대에 걸쳐 수천 번 반복하면서 오늘날 전 세계 수십억 명을 먹여 살리는 탄력적이고 영양가 있는 작물을 낳았습니다.  오늘날 인간의 열량의 약 75%는 단 12개의 주요 작물에서 나오므로 먼저 이러한 식물에 중점을 두면 인류의 증가하는 식량 수요를 충족시킬 수 있는 가장 좋은 기회를 얻게 됩니다.

"고 처리량"을 표현형과 결합하면 모든 것이 매우 흥미로워집니다. 본질적으로 이는 다양한 비파괴 도구와 기술을 사용하여 식물 데이터 수집 및 분석의 정확성을 빠르게 높이는 것을 의미합니다. 표현형의 전통적인 방법은 식물을 잘라내어 실험실로 가져가 분석하는 것이었습니다. 일단 그곳에 도착하면, 식물의 물리적 특성을 줄자와 캘리퍼스라는 도구를 사용하여 부지런히 연구하고 측정하였습니다.

업계 전반의 문제를 해결하기 위한 긴급 탐구

수작업으로 측정하는 힘든 방법은 업계 표준으로 수십 년 동안 사용되어 왔지만, 기술의 발전으로 고 처리량 표현형이 살아나고 있습니다. 식물에서 비파괴적으로 데이터를 수집하는 빠르고 정확한 방법에 대한 HTP의 엄청난 잠재력을 인식한 한 연구원은 미국 우주군 소령 Travis Tubbs입니다. 오리건 주립 대학교에서 다년생 라이그래스에 대해 연구를 하는 동안 Tubbs는 이전 방법이 수반된 아주 짧은 시간에 수백 개의 식물을 정밀하게 분석하는 방법이 필요하다는 것을 알았습니다.

 

다년생 라이그래스(호밀풀)의 다이어그램

다년생 라이그래스는 많은 나라에서 가축에게 먹이를 주는 데 사용되는 가장 인기 있고 적응력이 좋은 호냉성 작물입니다. 오리건주에서만 2019년에 3억 6천만 파운드의 라이그래스 종자가 수확되었고, 그 종자의 판매액은 1억 8천 6백만 달러 이상이었습니다. 하지만 매년 이곳에서 재배되는 라이그래스의 20% 이상이 종자가 식물에서 너무 이르게 떨어져 나가는 조기 종자탈립으로 인해 회복할 수 없을 정도로 손실되고 있습니다.

탈립은 많은 식물에서 흔히 볼 수 있는 특징이며, 적절한 시기에 탈립이 되면 종자가 흩어지고 결국 다음 세대에 식물로 변하게 됩니다.

오리건 주립 대학교 Hyslop Crop Science Field Research Laboratory의 다년생 라이그래스

Tubbs는 “어떤 라이그래스 계통이 조기 종자 탈립이 덜 되는지 정확하게 알기 위해서는 수백 종 식물의 작은 이삭들을 분석하여 이삭들의 높이와 길이는 물론 이 이삭들이 종자를 얼마나 단단히 붙잡고 있는지를 측정해야 합니다. 이전의 수동 측정 방법을 통해 이것을 하려고 한다면 손에 죽은 식물이 많이 있게 될 뿐만 아니라 각각의 성장 주기 동안 주어진 짧은 시간에 많은 작은 이삭을 정확하게 측정할 수 없을 것입니다”라고 말했습니다.

3D 스캐닝의 도입

사진 측량의 기능 및 유사한 빠른 데이터 캡처 방법을 살펴본 후 Tubbs는 종묘장에서 사용할 자신의 3D 스캐너를 설계하기 직전에 있었습니다. 그때 그는 Artec 3D 웹사이트에 접속하여 몇 년 동안 연구자들 사이에서 인기를 끌었던 전문 휴대용 3D 스캐너인 Artec Space Spider를 발견했습니다. 그는 재빨리 현지 대리점에 연락하여 직접 시연을 보기로 하였습니다.

Artec Space Spider

Artec의 골드 인증 대리점인 Digital Scan 3D의 Richman Siansimbi는 Tubbs를 만나 Space Spider를 사용하여 라이그래스 식물 표본을 함께 스캔했습니다. 그날 오후, Tubbs는 Space Spider의 1mm 이하 스캔이 그의 분석을 위해 충분한 세부 정보를 제공할 수 있다는 것을 알았을 뿐만 아니라 Siansimbi의 도움을 받아 그들은 라이그래스 식물을 스캔하기 위해 쉽게 반복할 수 있는 작업 흐름을 실험하고 생각해 냈으며, Tubbs는 이 작업 흐름을 오늘날까지도 여전히 사용하고 있습니다.

Tubbs는 종묘장으로 걸어 나와 자신이 캡처하고자 하는 작은 이삭이 있는 식물을 찾습니다. 그런 다음 그는 조심스럽게 식물의 윗부분을 땅으로 구부리고 스캔에 사용되는 배경에 놓아둡니다. 원래 이것은 각 식물에 대해 1분도 채 걸리지 않는 스캔 과정에서 지면에 평평하게 눕혀져 그곳에 머물러 있을 만큼 넓고 유연했기 때문에 보라색 고무로 된 운동 밴드였습니다.

라이그래스 이삭의 Space Spider 스캔을 보여주는 Artec Studio 15 스크린숏

추가 실험과 Artec 웹사이트의 온라인 도움말을 통해 Tubbs는 견고한 흑백 보드를 배경으로 사용하여 Artec Studio 소프트웨어에서 스캔 처리를 더 쉽게 할 수 있다는 것을 알았습니다. 더 편리한 해결책을 찾는 연구자에게 Tubbs는 단순히 신문 한 장을 사용할 것을 권하는데, 이는 특히 바람이 불 때 끝이 아래로 내리눌리는 경우 효과가 있을 것입니다.

기술의 탁월한 정확성 입증

Artec Space Spider의 정확성을 과학적으로 확인하기 위해 Tubbs는 설정된 측정(눈금자)을 하여 Nikon D5000 DSLR로 사진을 찍었습니다. 그런 다음 ImageJ 소프트웨어를 통해 사진을 처리하여 눈금자의 20cm 길이의 각 센티미터(cm)를 표시했습니다. 이 과정은 스캔한 모형에 반복했습니다.

 

위: 각 cm를 측정한 눈금자의 3D Artec Space Spider 스캔. 아래: Nikon D5000로 찍은 Imagej 소프트웨어로 측정한 눈금자의 2D 이미지

 

2D 이미지 측정 정확도와 3D Artec Space Spider 정확도를 비교한 그래프

그런 다음 Tubbs는 두 측정값을 그래프로 그려 두 캡처 방법 간의 정확도를 시각적으로 나타냈습니다. 이 과정은 높은 충실도로 다년생 라이그래스 이삭을 측정할 때 두 가지 형태의 측정 모두 정확하다는 것을 나타냅니다. 2D 사진 측정의 오차는 ±1.72mm입니다. 한편 Space Spider 스캔의 오차는 ±0.09mm입니다. 두 방법 간의 정확도 차이는 통계적으로 유의하지 않지만(P-값 0.92), 장비의 정확성을 검증하는 데 도움이 됩니다.

어둠 속에서 라이그래스 이삭 3D 스캐닝

프로젝트를 수행하는 2년 동안, Tubbs는 스캔하는 날에는 해가 뜨기 전에 오리건 주립 대학교의 Hyslop Crop Science Field Research Laboratory로 차를 몰고 가서 스캔을 시작했습니다. 몇 시간 후, 그는 저녁때에 일을 그만하기로 하고는 그때 다시 시작했습니다. Artec Space Spider의 독특한 캡처 방법 덕분에 Tubbs는 주변 조명이 아주 약한 밤 내내 작업할 수 있었습니다.  전체적으로 Tubbs는 640개의 라이그래스 식물을 관리하고 있었습니다.

USDA에서 공급한 40가지 라이그래스 종자의 기원을 표시하는 Google 지도 이미지

이러한 식물은 미국 농무부가 아일랜드, 덴마크, 벨기에, 네덜란드, 그리스, 알제리, 뉴질랜드, 미국 및 그 밖의 지역 등 전 세계 40개 지역에서 수집한 종자에서 유래했습니다. 원래 40개의 종자 중에서, Tubbs는 그들의 유전적 "과(family)" 중에서 가장 대표적인 네 가지를 선택했습니다. 이는 160개의 식물을 "반복"하는 결과를 낳았습니다. 이 160개의 식물을 분석에서 환경 변수를 제거하기 위해 4번 복제하고 넓은 종묘장에 무작위로 심었습니다.

Tubbs는 전체 640 식물 중 1/4 또는 1개의 복제만 스캔했으며, 이 작은 복제를 통해 프로젝트를 수행하는 동안 각 식물을 6~8번 스캔하고 분석할 수 있었습니다. Space Spider의 약 800개 고해상도 3D 스캔을 통해 Tubbs는 어떤 식물이 가장 덜 종자 탈립하기 쉬우며 그 이유에 대해 방대한 양의 정확하고 흥미로운 사실을 드러내는 데이터를 얻을 수 있었습니다.

 

X선 모드로 라이그래스 이삭의 Space Spider 스캔을 보여주는 Artec Studio 15 스크린숏

Tubbs는 시간이 지남에 따라 스캔 과정을 요약하면서 "각 스캔 전에 이삭에 표시하고 일주일 후에 돌아와서 같은 이삭을 캡처했습니다. 이 과정을 서너 번 반복한 후, 저는 이것이 이삭 하나하나에서 그 모든 작은 이삭이 시작은 어떤 상태였는지, 그리고 지금은 어떤 상태인가를 자신 있게 말할 수 있었습니다. 처음부터 끝까지 각 이삭의 모든 단일 구조에서 발생하는 유기적인 성장을 정확하게 측정 할 수 있습니다"라고 말했습니다.

Tubbs는 계속해서 “전통적인 표현형 방법으로는 식물의 성장 주기에 대해 이처럼 분명하게 확인할 수 없습니다.  식물을 측정하려면 그것을 파괴해야 합니다.  그리고 일단 그렇게 하면 그것이 어떻게 성장할지, 내일이나 그 다음 날 또는 다음 주에 어떤 상태일지 결코 말할 수 없습니다"라고 말했습니다.

정밀 고 처리량 표현형을 위한 Space Spider의 강점

Tubbs는 Space Spider 스캔을 사용하여 모든 불규칙한 표면과 형상을 정밀하게 측정하여 모든 작은 이삭을 1mm 이하까지 정량화할 수 있습니다. 여기에는 각각의 작은 이삭에 있는 종자 덩어리의 완전한 구조적 특성, 그것들의 수많은 각도와 측면 그리고 (종자가 식물에서 떨어져 나오는) 탈리대가 포함되며, 이 모두는 각 식물의 독특한 표현형 해석에 있어 매우 중요합니다.

 

다년생 라이그래스 작은 이삭

Space Spider로 캡처한 많은 양의 정확한 데이터와 대조적으로 Tubbs는 오래된 표현형 방식을 반영하며, "연구자들은 30~40개의 개별 식물에서 무작위 표본을 채취할 것입니다. 그리고 그 무작위 표본은 비록 소규모이긴 하지만 전체 큰 그림을 나타낸다고 말할 겁니다. 연구자들이 오래된 방법을 사용하고 있는 모든 과학 논문을 보면, 본질적으로 그것이 그들이 지금 하고 있는 것입니다"라고 말했습니다.

Tubbs는 더욱 정확한 분석을 수행하면서 3D 스캔을 이미지 분석 및 과학적 시각화를 위한 오픈 소스 소프트웨어 패키지인 3D Slicer로 내보냈고, 여기서 그는 라이그래스 이삭의 고해상도 모형을 "골격화"하기 시작했습니다. Tubbs는 3D Slicer를 사용하여 각 3D 이삭을 디지털 방식으로 슬라이스하여 수천 개의 개별 원형 조각 더미로 분할할 수 있습니다.

라이그래스 이삭의 골격화된 Space Spider 스캔

일반적으로 X선, CT 및 MRI 스캔에 사용되는 이 기능은 Tubbs에게 다음 단계의 골격화 과정을 위한 소재를 제공합니다. Tubbs는 디지털 방식으로 슬라이스된 3D 이삭을 ImageJ 소프트웨어로 가져와 각 이삭을 구성하는 수천 개 조각 모두의 정확한 중심을 결정합니다.

그런 다음 그는 각 조각의 중심을 한 줄씩 다음 조각과 연결하며, 이를 통해 하나의 연속적인 골격화된 이삭이 만들어집니다. Tubbs는 “이것은 식물을 구조의 해부학적 본질인 가장 중심으로 모든 복잡성으로 응축시키며, 이는 연구자로서의 저에게 엽축에 부착된 작은 이삭의 각도, 작은 이삭 크기 및 기타 측면 그리고 이삭 길이 및 구성, 이삭 당 작은 이삭의 수, 엽축을 따라 있는 작은 이삭들 간의 간격 등 특성을 연구하는 데 필요한 것을 제공해 줍니다”라고 말했습니다.

뛰어난 내충성, 가뭄 저항성 곡물, 과일 및 채소

종묘장에서 가장 바람직한 형질과 결과를 가진 식물을 정확히 파악하면 이러한 특정 식물을 유전적 차원에서 연구하고 다른 식물과의 번식 및 육종에 사용할 수 있습니다. 이러한 방식으로 최소한의 세대에 걸쳐 연구자들은 우수한 라이그래스뿐만 아니라 쌀과 보리, 밀에서 다양한 과일과 채소에 이르기까지 모든 종류의 식물을 생산할 수 있습니다. 식물들은 내충성이 매우 강하고 가뭄에 잘 견디며 살충제가 거의 필요하지 않을 것입니다.

하지만 Tubbs는 "이것은 결승선이 없는 경주입니다. 왜냐하면 우리가 더 튼튼한 식물을 생산해도 곤충은 식물의 저항을 극복하기 위해 더 빠르지는 않더라도 그만큼 빨리 적응하고 있기 때문입니다. 이것은 수백만 년 동안 식물과 해충 사이에서 벌어져 온 전쟁입니다. 우리는 식물이 생존하고 번성하는 데 도움을 줄 특성이 있는 것을 골라 식물에 유리하게 하려고 노력하고 있습니다. 처리량이 높은 표현형과 Artec Space Spider는 우리가 다른 모든 경쟁자보다 앞서 나가는 데 도움이 될 수 있습니다’라고 말했습니다.

 

디지털 수집 방법을 사용한 고 처리량 표현형의 다양한 측면 비교

이를 달성하기 위한 효과적인 도구에 대한 조사는 증가하고 있습니다.  Tubbs는 “오늘날 농업에서는 효과적인 고 처리량 표현형 솔루션에 특화된 연구에 막대한 금액이 지출되고 있습니다. 전 세계의 연구자들은 세계의 모든 작물에 대해 이를 적용하는 방법을 찾기 위해 경쟁하고 있습니다. 모든 농업 연구자는 지금 그것을 알아내려고 노력하고 있습니다”라고 말했습니다.

그는 이어서 "저는 라이그래스에 집중하고 있습니다. 왜냐하면 그것은 제가 있는 곳의 주요 작물이기 때문입니다. 그러나 우리는 옥수수나 밀 또는 다른 곡물과 식물에 대해서도 똑같은 일을 쉽게 할 수 있습니다”라고 말했습니다.

Tubbs는 스캐너의 직관적인 사용 용이성에 대해 말하며 “제가 라이그래스나 다른 식물을 캡처하는 데 사용하는 기술은 배우기 어렵지 않습니다. 저는 우리가 참석한 몇몇 회의에서 사람들에게 Artec Space Spider의 사용법을 가르쳐 주었습니다. 제가 현장에 나갈 때 사용하는 몇 가지 기법이 있는데 이 기법들을 다른 연구자들과 공유할 수 있어 항상 기쁘게 생각합니다"라고 말했습니다.

Tubbs는 기술에 대한 자신감을 재확인하면서 "Artec Space Space Spider로 제가 하고 있는 일인 고 처리량 표현형이 농업의 미래라는 것은 의심의 여지가 없습니다. 이를 통해 식물 육종가와 농부는 즉각적인 그리고 미래의 요구에 대응할 수 있는 가장 바람직한 특성을 가진 식물을 빠르게 선택할 수 있습니다. 그것이 최신 질병에 내성이 있는 것을 의미하든 변화하는 환경에서 가장 잘 자라는 식물을 생산하는 것을 의미하든 상관없이 말입니다. 선택적인 결정을 더 빨리 내릴수록 미래의 요구에 더 잘 대비할 수 있습니다"라고 말했습니다.