В сърцето на древния град ПомпейТам, където изригването на Везувий през 79 г. сл. Хр. е погребало всичко под пепел и пемза, нов герой се е присъединил към екипа за опазване на природата: робот, управляван от изкуствен интелект способни да помогнат за възстановяването на стенописи, които са били разбити в складове в продължение на десетилетия.
Далеч от образа на класическата археология, основан единствено на палитра и четка, този проект съчетава усъвършенствана роботика, алгоритми с изкуствен интелект и техники за компютърно зрение да пренареди фрагменти, сякаш е монументален пъзел, с хиляди повредени парчета и без „снимка на кутия“, показваща крайния резултат.
Високотехнологична лаборатория в сърцето на Помпей
Роботизираната система е част от РЕМОНТ, английският акроним за „Реконструкция на миналото“, изследователски проект, финансиран от Европейския съюз което е превърнало част от археологическия парк в истинска високотехнологична лаборатория, прилагана към наследството.
Според отговорниците за програмата, платформата е инсталирана в Рустикална къща, държавна сграда в Археологическия парк на Помпей, която е реновирана и пригодена за съхранение на необходимото научно оборудване, от роботизирани ръце до системи за заснемане и обработка на изображения.
Координаторът на проекта, професор Марчело Пелильоот университета Ка' Фоскари във Венеция подчертава, че тази инициатива е обединила „светове, които са изглеждали много далечни“ един от друг: от една страна, най-модерните техники на изкуствен интелект и роботика; от друга, на традиционна археология и консервация на културни ценности.
По думите на изследователите, целта е двойна: от една страна, да се постигне напредък в физическа реконструкция на стенописитеОт друга страна, да се разработят инструменти, които могат да се използват в други обекти и музеи в Италия, Испания и останалата част на Европа, където хиляди фрагменти са натрупани в депозити, чакащи да бъдат проучени.
Как работи роботът за решаване на пъзели
Системата, проектирана в рамките на RePAIR, се състои от две еднакви роботизирани ръцемонтиран на общ торс, оборудван с сензори за зрение които позволяват подробен анализ на всеки фрагмент и локализиране на неговата позиция в пространството.
Всяко рамо завършва с един вид „мека ръка“ на гъвкава структураспособен да държи изключително крехки парчета с деликатен захват, минимизирайки риска от по-нататъшно увреждане на повърхности, вече повредени от изригването, течението на времето и в някои случаи от бомбардировките през Втората световна война.
Работният процес започва с дигитализация на фрагментитеНа всяко парче се правят подробни изображения, които се съхраняват в компютърна система. Използвайки тази информация, алгоритмите с изкуствен интелект се опитват да „решат“ пъзела, като анализират ръбове, декорация, цветове, форма и евентуални съвпадения между фрагментите.
След като софтуерът предложи възможно решение, то се изпраща до хардуерна платформакъдето роботизирани ръце поставят частите в изчислената позиция. Този автоматизиран монтаж позволява тестване на комбинации много по-бързо, отколкото при чисто ръчна работа.
Пелило обобщава предизвикателството, като напомня на всички, че това е пъзел. „изключително сложен“със стотици или хиляди фрагменти, често много влошени и без да знаем предварително как ще изглежда крайното изображение, което принуждава изкуствения интелект да работи практически на сляпо, без пълен референтен модел.
Емблематични стенописи: от Дома на художниците до Скола Арматурарум
Фазата на тестване на робота се фокусира върху два комплекта пресни продукти, които се разглеждат емблематично за световното наследство и че са били в разпокъсано състояние в складовете на парка.
Първият съответства на таван на няколко стаи в Къщата на художниците, работещи на Острова на целомъдрените влюбени (често наричана още Домът на художниците в действие), повредена от изригването на Везувий и буквално взривена на парчета от бомбардировките, засегнали Помпей по време на Втората световна война.
Втората група произведения са стенописите на Схола Арматурарум, сграда, свързана с гладиаторски асоциации, чието срутване през 2010 г. остави голяма част от стенописната ѝ украса сериозно повредена и все още не е напълно реставрирана.
И двата комплекта представят точно вида проблем, който този проект иска да реши: хиляди разпръснати останкис пропуски, ерозирали повърхности и смесени парчета, които дори могат да принадлежат на различни произведения, нещо, което значително усложнява работата на реставраторите.
Както обяснява директорът на Археологическия парк Помпей, Габриел ЦухтригелУникалната форма и декорация на всеки фрагмент теоретично позволяват цялото да бъде сглобено отново, но „никое човешко същество не би могло да го направи само“, когато се работи с толкова огромни обеми повреден материал, така че помощта на изкуствения интелект става ключова.
Изкуствен интелект и археология: сътрудничество, а не заместване
Въпреки медийната известност на робота, мениджърите на RePAIR настояват, че Технологията не е предназначена да замени археолозитено и да ги подкрепя в една от най-бавните и най-разочароващи задачи в работата им: прекомпозирането на фрагментирани материали.
За да обучи системата, екипът създаде изкуствени копия на фрагментите Въз основа на дигитализираните модели, роботът би могъл да практикува с неавтентични части по време на фазата на тестване, намалявайки риска от повреда на оригиналния материал.
Разработеният интерфейс позволява на експертите по стенописи и реставрации взаимодействат със системата, валидират или коригират решенията, предложени от ИИ, и допринасят със своята преценка, основана на опит, особено по отношение на стил, техника и иконография.
Наред с работата с робота, екип от специалисти от Университет в ЛозанаВоден от професор Мишел Е. Фукс, екипът е прекарал години в разработване на програма за изследване и ръчно прекомпозиране, базирана на морфологичния, стилистичния и техническия анализ на всеки фрагмент, който е интегриран с резултатите, генерирани от машината.
Този хибриден подход – комбиниращ автоматизирано изчисление и човешки опит— Очертава се като еталон за бъдещи европейски проекти в археологически обекти и музеи, където сътрудничеството между дисциплините ще става все по-често срещано.
Европейски проект с въздействие отвъд Италия
RePAIR беше пуснат в експлоатация през Септември 2021 година и се координира от Университета Ка' Фоскари във Венеция, с участието на няколко Европейски изследователски центрове и институции, включително Италианския технологичен институт (IIT) и самия Археологически парк Помпей като основен тестов полигон.
Проектът е финансиран от Европейския съюзТова засилва общностното измерение на инициатива, която не се ограничава до разрешаването на конкретен случай в Помпей, а се стреми да положи основите за нови инструменти, приложими за културно наследство в цяла Европа, включително този, запазен в Испания.
Музеите, археологическите паркове и хранилищата на фрагментарни артефакти биха могли да се възползват през следващите години от разработени методологии В този експеримент адаптирахме алгоритми и роботика към различни видове опори: не само фрески, но и керамика, скулптури или архитектурни елементи.
В складовете на много европейски археологически обекти те са запазени хиляди фрагменти, които все още не са сглобени отново които поради липса на време и човешки ресурси не са могли да бъдат задълбочено проучени. Ако технологията се окаже надеждна, тя би могла значително да ускори процесите на класификация, реконструкция и документиране.
Поддръжниците на програмата обаче настояват, че всяко по-широко внедряване трябва да се извършва с много строги критерии за опазване и мониторингда се гарантира, че използването на роботи и алгоритми не компрометира целостта на оригиналните произведения.
Археология на бъдещето: предизвикателства и възможности
Един от най-сложните аспекти на проекта е самата природа на материала, с който роботът работи: непълни, ерозирали и смесени парчетакоито често представляват само малка част от оригиналното произведение, оставяйки големи празнини, които е невъзможно да бъдат запълнени напълно.
Алгоритмите трябва също да се справят с несигурност относно точния произход на много фрагменти: въпреки че се съхраняват в едни и същи хранилища, те могат да съответстват на различни стаи, различно време или дори сгради, разположени далеч една от друга, което принуждава системата да отхвърля привидно валидни, но неправилни комбинации.
За да се справят с тази сложност, разработчиците са се обърнали към усъвършенствани техники за компютърно зрение и машинно обучение, способно едновременно да оценява формата, дебелината на мазилката, декоративния модел, цветовете и евентуалните преходи между щрихите и изобразителните мотиви.
Директорът на парка, Габриел Цухтригел, вижда тази линия на работа като предварителен преглед на това, което би могло да бъде археологията на бъдещетоВ който изкуственият интелект ще играе централна роля не само в реконструкцията на стенописите, но и в управлението на данни, документирането на разкопките и създаването на виртуални модели, достъпни за обществеността.
Напредъкът, постигнат в Помпей – един от най-известните археологически обекти в света – може да послужи като пример за насърчаване на подобни проекти в други европейски обекти, насърчавайки… мрежа за сътрудничество между институциите които споделят технологии, бази данни и операционни протоколи.
Опитът с този робот, управляван от изкуствен интелект, в Помпей показва, че когато се комбинират авангардни изследвания, международно сътрудничество и археологически знанияВъзможно е да се възстанови формата – и отчасти историята – на произведения, които изглеждаха обречени да останат фрагментирани в складови кашони, откривайки обещаващ път за опазване на наследството в Италия, Испания и останалата част от Европа.