W sercu starożytnego miasta PompejeTam, gdzie wybuch Wezuwiusza w 79 r. n.e. pogrzebał wszystko pod popiołem i pumeksem, do zespołu konserwatorów dołączył nowy bohater: robot sterowany przez sztuczną inteligencję zdolny do pomocy w odnowieniu fresków, które przez dziesięciolecia leżały zniszczone w magazynach.
Daleko od obrazu klasycznej archeologii opartej wyłącznie na palecie i pędzlu, projekt ten łączy zaawansowana robotyka, algorytmy sztucznej inteligencji i techniki widzenia komputerowego ułożyć fragmenty tak, jakby była to monumentalna układanka, z tysiącami uszkodzonych elementów i bez żadnego „zdjęcia pudełka” pokazującego końcowy efekt.
Nowoczesne laboratorium w sercu Pompejów
System robotyczny jest częścią Naprawa, angielski akronim oznaczający „Rekonstrukcję przeszłości”, projekt badawczy finansowany przez Unia Europejska która przekształciła obszar parku archeologicznego w prawdziwe laboratorium high-tech, zajmujące się dziedzictwem kulturowym.
Według osób odpowiedzialnych za program, platforma została zainstalowana w Dom rustykalny, budynek państwowy na terenie Parku Archeologicznego w Pompejach, który został odnowiony i zaadaptowany do przechowywania niezbędnego sprzętu naukowego, od ramion robotycznych po systemy przechwytywania i przetwarzania obrazu.
Koordynator projektu, Profesor Marcello Pelilloz Uniwersytetu Ca' Foscari w Wenecji podkreśla, że inicjatywa ta połączyła ze sobą „światy, które wydawały się bardzo odległe” od siebie: z jednej strony najnowocześniejsze techniki sztuczna inteligencja i robotyka; z drugiej strony tradycyjna archeologia i konserwacja dóbr kultury.
Jak twierdzą badacze, cel jest dwojaki: z jednej strony, aby dokonać postępu w fizyczna rekonstrukcja freskówZ drugiej strony, celem jest opracowanie narzędzi, które będzie można wykorzystać w innych stanowiskach i muzeach we Włoszech, Hiszpanii i w całej Europie, gdzie tysiące fragmentów zgromadzonych w depozytach czeka na zbadanie.
Jak działa robot rozwiązujący zagadki
System zaprojektowany w ramach projektu RePAIR składa się z: dwa identyczne ramiona robotazamontowane na wspólnym tułowiu, wyposażone w czujniki wizyjne które umożliwiają szczegółową analizę każdego fragmentu i ustalenie jego położenia w przestrzeni.
Każde ramię kończy się rodzajem „miękka ręka” o elastycznej strukturzezdolny do utrzymania wyjątkowo delikatnych elementów delikatnym chwytem, minimalizując ryzyko dalszych uszkodzeń powierzchni już uszkodzonych przez wybuch, upływ czasu, a w niektórych przypadkach przez bombardowania II wojny światowej.
Przepływ pracy zaczyna się od digitalizacja fragmentówSzczegółowe zdjęcia każdego elementu są wykonywane i przechowywane w systemie komputerowym. Wykorzystując te informacje, algorytmy sztucznej inteligencji próbują „rozwiązać” zagadkę, analizując krawędzie, zdobienia, kolory, kształty i możliwe dopasowania między fragmentami.
Gdy oprogramowanie zaproponuje możliwe rozwiązanie, jest ono wysyłane do platforma sprzętowagdzie ramiona robota umieszczają części w obliczonej pozycji. Ten zautomatyzowany montaż pozwala na testowanie kombinacji znacznie szybciej niż w przypadku pracy wyłącznie ręcznej.
Pelillo podsumowuje wyzwanie, przypominając wszystkim, że jest to łamigłówka. „niezwykle złożony”z setkami lub tysiącami fragmentów, często bardzo zniszczonych i bez naszej wiedzy, jak będzie wyglądał obraz końcowy, co zmusza sztuczną inteligencję do pracy praktycznie w ciemno, bez kompletnego modelu referencyjnego.
Kultowe freski: od Domu Malarzy do Schola Armaturarum
Faza testowania robota skupiła się na dwóch zestawach świeżych produktów symbol światowego dziedzictwa i że znajdowały się one w stanie fragmentarycznym w magazynach parku.
Pierwszy odpowiada sufit kilku pomieszczeń Domu Malarzy Pracujących na Wyspie Czystych Kochanków (często nazywany także Domem Malarzy w Akcji), uszkodzony przez wybuch Wezuwiusza i dosłownie rozerwany na strzępy przez bombardowania Pompejów podczas II wojny światowej.
Drugą grupę dzieł stanowią freski Schola Armaturarum, budynek związany ze stowarzyszeniem gladiatorów, który zawalił się w 2010 r., pozostawiając znaczną część dekoracji ściennej poważnie uszkodzoną i wciąż nie w pełni odrestaurowaną.
Oba zestawy przedstawiają dokładnie ten rodzaj problemu, który ten projekt chce rozwiązać: tysiące rozrzuconych szczątkówz lukami, zniszczonymi powierzchniami i wymieszanymi elementami, które mogą nawet należeć do różnych dzieł, co znacznie komplikuje pracę konserwatorów.
Jak wyjaśnia dyrektor Parku Archeologicznego w Pompejach, Gabriela ZuchtriegelaUnikalny kształt i zdobienie każdego fragmentu teoretycznie umożliwiają ponowne złożenie całości, jednak „żaden człowiek nie jest w stanie tego zrobić sam” przy tak ogromnej ilości uszkodzonego materiału, dlatego kluczowa staje się pomoc sztucznej inteligencji.
Sztuczna inteligencja i archeologia: współpraca, nie zastępowanie
Mimo medialnej popularności robota, menedżerowie RePAIR twierdzą, że Technologia nie ma zastąpić archeologówale by wesprzeć ich w jednym z najwolniejszych i najbardziej frustrujących zadań w ich pracy: rekompozycji rozdrobnionych materiałów.
Aby przeszkolić system, zespół stworzył sztuczne repliki fragmentów Bazując na zdigitalizowanych modelach, robot mógł ćwiczyć działanie na nieoryginalnych częściach w fazie testowej, zmniejszając w ten sposób ryzyko uszkodzenia oryginalnego materiału.
Opracowany interfejs umożliwia ekspertom w dziedzinie malarstwa ściennego i renowacji wchodzić w interakcję z systemem, weryfikują lub korygują rozwiązania proponowane przez sztuczną inteligencję i wnoszą swój wkład w oparciu o doświadczenie, zwłaszcza w odniesieniu do stylu, techniki i ikonografii.
Oprócz pracy nad robotem zespół specjalistów z Uniwersytet w LozannieZespół pod kierownictwem profesora Michela E. Fuchsa poświęcił lata na opracowanie programu badań i ręcznej rekompozycji, opartego na analizie morfologicznej, stylistycznej i technicznej każdego fragmentu, zintegrowanej z wynikami wygenerowanymi przez maszynę.
To hybrydowe podejście — łączące automatyczne obliczenia i doświadczenie ludzkie— Staje się ona punktem odniesienia dla przyszłych europejskich projektów w zakresie stanowisk archeologicznych i muzeów, w których współpraca między różnymi dyscyplinami będzie coraz powszechniejsza.
Europejski projekt o wpływie wykraczającym poza Włochy
RePAIR został uruchomiony w Wrzesień 2021 i jest koordynowany przez Uniwersytet Ca' Foscari w Wenecji, przy udziale kilku Europejskie ośrodki i instytucje badawcze, w tym Włoski Instytut Technologiczny (IIT) i sam Park Archeologiczny w Pompejach jako główny poligon doświadczalny.
Projekt jest finansowany przez Unia EuropejskaWzmacnia to wymiar wspólnotowy inicjatywy, która nie ogranicza się do rozwiązania konkretnego przypadku w Pompejach, ale dąży do stworzenia podwalin dla nowych narzędzi mających zastosowanie w dziedzictwo kulturowe w całej Europie, w tym ten zachowany w Hiszpanii.
W nadchodzących latach muzea, parki archeologiczne i repozytoria fragmentarycznych artefaktów mogłyby skorzystać z opracowane metodologie W tym eksperymencie dostosowaliśmy algorytmy i robotykę do różnych typów podłoży: nie tylko fresków, ale także ceramiki, rzeźb i elementów architektonicznych.
W magazynach wielu europejskich stanowisk archeologicznych są one przechowywane tysiące fragmentów, których jeszcze nie udało się złożyć które z powodu braku czasu i zasobów ludzkich nie mogły zostać dogłębnie zbadane. Jeśli technologia okaże się niezawodna, może znacząco przyspieszyć procesy klasyfikacji, rekonstrukcji i dokumentacji.
Zwolennicy programu twierdzą jednak, że wszelkie szersze wdrożenie musi zostać przeprowadzone bardzo rygorystyczne kryteria ochrony i monitorowaniaaby zapewnić, że wykorzystanie robotów i algorytmów nie naruszy integralności oryginalnych dzieł.
Archeologia przyszłości: wyzwania i możliwości
Jednym z najbardziej złożonych aspektów projektu jest sama natura materiału, z którym pracuje robot: niekompletne, zniszczone i pomieszane częściktóre często stanowią tylko niewielką część oryginalnego dzieła, pozostawiając duże luki, których nie da się całkowicie wypełnić.
Algorytmy muszą również radzić sobie z niepewność co do dokładnego pochodzenia wielu fragmentów: mimo że są przechowywane w tych samych repozytoriach, mogą odpowiadać różnym pomieszczeniom, różnym czasom, a nawet budynkom znajdującym się w dużej odległości od siebie, co zmusza system do odrzucania pozornie prawidłowych, ale niepoprawnych kombinacji.
Aby poradzić sobie z tą złożonością, programiści zwrócili się ku zaawansowane techniki widzenia komputerowego i uczenia maszynowego, które umożliwiają jednoczesną ocenę kształtu, grubości tynku, wzoru dekoracyjnego, kolorów i ewentualnej ciągłości pomiędzy pociągnięciami pędzla i motywami malarskimi.
Dyrektor parku Gabriel Zuchtriegel uważa tę linię prac za zapowiedź tego, co może być archeologia przyszłościW którym sztuczna inteligencja będzie odgrywać centralną rolę nie tylko w rekonstrukcji fresków, ale także w zarządzaniu danymi, dokumentowaniu wykopalisk i tworzeniu wirtualnych modeli dostępnych dla publiczności.
Postępy osiągnięte w Pompejach – jednym z najsłynniejszych stanowisk archeologicznych na świecie – mogą posłużyć jako przykład do promowania podobnych projektów w innych europejskich miejscach, co sprzyja sieć współpracy między instytucjami które współdzielą technologie, bazy danych i protokoły operacyjne.
Doświadczenie tego robota sterowanego przez sztuczną inteligencję w Pompejach pokazuje, że w połączeniu najnowocześniejsze badania, współpraca międzynarodowa i wiedza archeologicznaMożliwe jest przywrócenie formy — a częściowo także historii — dziełom, które wydawały się skazane na pozostanie w rozdrobnionych pudłach magazynowych. Otwiera to obiecującą ścieżkę dla ochrony dziedzictwa kulturowego we Włoszech, Hiszpanii i całej Europie.