Digitale Restaurierung 28.12.2018, 07:00 Uhr

Hightech fürs Kulturerbe: Scanstraßen, Ultraschall und neue Werkstoffe

Forscher aus 16 Fraunhofer-Instituten haben gemeinsam technische Lösungen für die Restaurierung und den Erhalt historischer Kunstschätze entwickelt. Sie können dazu beitragen, das Kulturerbe auf Dauer zu erhalten und zu schützen.

Dreidimensionale Darstellung einer männlichen Statue aus verschiedenen Perspektiven

Die 3D-Scanstraße "CultLab3D" nimmt das Kunstobjekt mit 9 Kameras auf. Eine spezielle Software erzeugt daraus eine dreidimensionale digitale Rekonstruktion, in die künftig auch Ultraschalldaten aus dem Inneren einfließen.

Foto: Fraunhofer IBMT

Es gibt verschiedene Wege, um Kunstschätze oder Kulturdenkmäler auf Dauer zu bewahren. Einer davon ist die Digitalisierung in 3D. Der Vorteil: Die digitalen Kunstobjekte können zeitgleich an verschiedenen Orten besichtigt und erforscht werden. So können Wissenschaftler-Teams beispielsweise einen digitalisierten Tempel untersuchen, während Museumsbesucher auf aller Welt durch den Tempel „spazieren“. Allerdings war diese Form der 3D-Digitalisierung bisher extrem zeit- und kostenintensiv.

3D-Scanstraße „CultLab3D“: Digitale Kopien im 5-Minuten-Takt

Forscher um Pedro Santos, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt, haben nun eine automatisierte Scanstraße namens „CultLab3D“ entwickelt. Dank der Scanstraße sei es erstmals möglich, komplette Museumssammlungen in die digitale Welt zu übertragen, so Santos. Dazu wird lediglich der QR-Code des Kunstobjekts eingelesen und der Gegenstand auf ein Tablett gelegt – alles Weitere läuft automatisch ab. Innerhalb von 5 Minuten erstellt CultLab3D eine digitale Kopie des Kunstobjekts. Danach kann das nächste Kunststück digitalisiert werden.

Die 3D-Scanstraße arbeitet mit 9 Kameras, die den Gegenstand von mehreren Seiten aufnehmen. Eine spezielle Software erzeugt aus den Aufnahmen die dreidimensionale digitale Rekonstruktion. CultLab3D funktioniert auch bei großen Kunstobjekten, zum Beispiel bei großen Statuen. Dann funktioniert das Verfahren allerdings nicht automatisiert, sondern per Hand.

Fusion verschiedener digitaler Verfahren

Künftig gehen die Forscher noch einen Schritt weiter. So werde man neben der Geometrie, der Textur und den optischen Materialeigenschaften auch das Innere des Kunstobjekts erfassen, sagt Constanze Fuhrmann, Wissenschaftlerin und Koordinatorin des Teilprojekts „Neuartige digitale 3D-Material- und Schadensanalyse“ am Fraunhofer IGD. Die aus unterschiedlichen Verfahren gewonnenen Daten vom Objektinneren und -äußeren werden in einem 3D-Modell zusammengeführt und dreidimensional visualisiert.

Die Zusammenführung der Messdaten ermöglicht nach Ansicht der Forscher bessere Schadens- und Materialanalysen in 3D. Hier fließen Informationen aus optischen, elektromagnetischen und akustischen Verfahren ein. Sie könnten auch in anderen Bereichen, etwa bei der Qualitätssicherung im Maschinenbau oder in der Produktion zum Einsatz kommen.

Ultraschalldaten erweitern 3D-Digitalisierung

So wurde CultLab3D um eine Ultraschall-Untersuchung erweitert. „Die Restauratoren können also in das Innere des Objekts hineinzoomen und erkennen sofort, ob sich dort Instabilitäten, Korrosion und Löcher verbergen«, sagt Peter-Karl Weber, Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT. Dank eines elastischen Gurts, der am Kunstobjekt befestigt wird, dauern sie nur wenige Sekunden.

An dem Gurt ist ein Ultraschallwandler angebracht. Dank einer speziellen Elektronik können die Wandler zwischen Sender und Empfänger umschalten. Die Ultraschallwandler müssen deshalb nicht ständig neu positioniert werden. Eine Kamera erkennt über QR-Codes auf den Ultraschallwandlern, wo das Ultraschall-Tomogramm aufgenommen wurde. Eine Software integriert die Ultraschallaufnahmen in den digitalen Scan. Im Gegensatz zu Ultraschalluntersuchungen am Menschen muss kein Gel aufgetragen werden. Das würde die Kunstobjekte schädigen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP haben deswegen ein Material entwickelt, mit dem sich der Ultraschall trocken einkoppeln lässt.

Klebstoff für Email-Preziosen, Elfenbein und Bergkristall

Ein spezieller Klebstoff für bestimmte Kunstobjekte namens „Email-ORMOCER®“ wurde schon vor längerem am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg entwickelt. Er eignet sich zur nachhaltigen Konservierung von Email-Preziosen und zum Kleben von Elfenbein und Bergkristallen. Wegen Mängel in den Ausgangsstoffen konnte er jedoch zwischenzeitlich nicht produziert werden. Deswegen haben ISC-Forscher die Ausgangstoffe, die Produktionsschritte und den Einfluss der Lösungsmittel bis ins kleinste Detail untersucht. Darauf basierend wurde eine aktualisierte Rezeptur erstellt. Der „neue“ alte Klebstoff befindet sich nun in der Testphase in und scheint die erforderlichen Qualitätskriterien zu erfüllen.

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Von Thomas Kresser

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