Kuidas pensionil leiutaja ja tudengite meeskond päästsid äsja 2000 aastat kadunud ajalugu

Herculaneumi raamatukogu söestunud jäänused näevad välja nagu tagaaia lõkkeasemest leitud söetükid. Sajandeid olid need rullid ajaloo suurimaks kiusatuseks. Me teadsime, et need sisaldavad epikuurlastest filosoofide kadunud mõtteid, kuid nende puudutamine muutis need tolmuks. Need elasid üle Vesuviuse purske aastal 79 pKr, kuna vulkaaniline gaas kuumutas need hetkega läbi, muutes papüüruse puhtaks süsinikuks. See säilimine on kahe teraga mõõk. Tindi lugemiseks vajame tavaliselt röntgenikiirgust, et materjalist läbi näha. Kuid kuna tint on samuti süsinikupõhine, näeb röntgen süsinikku süsinikul. See on nagu musta markeriga kirjutatu lugemine mustal ehituspaberil pimedas ruumis.

Ajakirjas PLoS ONE avaldatud uus uuring paljastab läbimurde, mis seda dünaamikat muudab. Mitmekülgne teadlaste meeskond, mida juhtis pensionil leiutaja ja kuhu kuulusid ka keskkooliõpilased, töötas välja meetodi tuvastamaks, millised rullid sisaldavad metallist tinti. See avastus annab teekaardi Vesuviuse väljakutsele (Vesuvius Challenge), mis on ülemaailmne võistlus rullide lugemiseks tehisintellekti abil. Kasutades tööstuslikes kontrolllaborites leiduvat riistvara, leidis meeskond viisi kõige loetavamate dokumentide prioritiseerimiseks, viies meid lähemale muistse maailma kadunud raamatukogu taastamisele.

2000 aasta vanuse probleemi keemia

Muistsed kirjutajad kasutasid tavaliselt nõetinti, mis on sisuliselt vee ja kummivaiguga segatud tahm. See ongi süsinik-süsinikul probleem, mis on arengut aastakümneid pidurdanud. Siiski tekkis teooria, et mõned hilisemad rullid võisid kasutada pliid sisaldavat tinti. Kui plii on olemas, paistaksid tähed röntgenuuringus heledad, sarnaselt sellele, kuidas luud paistavad pehmete kudedega võrreldes heledad. Väljakutse seisnes plii olemasolu tõestamises ilma habrast papüürust lahti rullimata.

Pensionil leiutaja Douglas Seiler lähenes probleemile pragmaatiliselt. Ta pani kokku rühma, kuhu kuulusid keemikud, arheoloogid ja füüsikud, et testida, kuidas pliipõhine tint reageerib kaasaegsele skaneerimisele. Meeskond pidi teadma, kas tavaline käsiskanner suudab need jäljed läbi söestunud materjali kihtide tuvastada. Selleks tuli neil laboritingimustes taasluua muistne katastroof.

Muistse katastroofi kaasaegse koopia ehitamine

Meeskond ostis kaasaegset Egiptuse papüürust, mida valmistatakse siiani Rooma ajastuga sarnaste tehnikate abil. Samuti hankisid nad Jaapanist traditsioonilist nõetinti. Kontrollitud eksperimendi loomiseks lisasid nad tindile kindlas koguses pliinitraati. Seejärel värbasid nad keskkooliõpilasi papüürusele kirjutama, kasutades roost stiiluseid. Kummalisel kombel ei kirjutanud õpilased muistset filosoofiat. Nad kandsid rullidele tsitaate "Tähesõdadest", Piiblist ja 1960. aastate telesaadetest.

Kui kiri oli kuivanud, asetasid teadlased rullid kõrge temperatuuriga ahju. See protsess söestas papüüruse ja tindi, imiteerides Herculaneumi vulkaanilist kuumust. Tulemuseks oli kogum kaasaegseid artefakte, mis olid keemiliselt ja füüsiliselt peaaegu identsed 2000 aasta vanuste rullidega. See alus võimaldas neil testida skaneerimisseadmeid, riskimata ühegi hindamatu originaaldokumendiga. Suurt pilti vaadates võimaldas see meeskonnal täpselt kindlaks teha, kui palju pliid on vaja, et täht masinale nähtavaks muutuks.

Akutarkvara kasutamine filosoofia lugemiseks

Tehnoloogia, mida kasutati neist söestunud koopiatest läbi nägemiseks, on märkimisväärselt sarnane sellega, mida insenerid kasutavad riistvara kontrollimiseks. Meeskond kasutas mikro-kompuutertomograafiat, mitteinvasiivset tehnikat, mida kasutatakse sageli vähidiagnostikas ja tööstuslikus kvaliteedikontrollis. Üks teadlastest, Michael Cyrus Daugherty, kohandas tarkvaraprogrammi, mis oli algselt loodud liitiumioonakude sees olevate rullide ("jelly rolls") kontrollimiseks.

Akus otsib tarkvara defekte tihedalt keritud metalli- ja kemikaalikihtides. Selles projektis käsitles tarkvara söestunud papüürust nagu kahjustatud akut. See rullis kihid virtuaalselt lahti, muutes 3D-skaneeringu 2D-kujutiseks, mida inimene saab lugeda. Kui skaneeringud tabasid pliipõhist tinti, ilmusid tähed suure kontrastsusega. See kinnitas, et kui rullis on kasvõi väike kogus pliid, suudab kaasaegne tarkvara teksti digitaalsest mürast välja tuua. Tehisintellekt tegutseb väsimatu praktikandina, skaneerides läbi tuhandeid virtuaalseid lõike, et leida täpne hetk, mil täht muutub loetavaks.

Miks käsiskannerid mängu muudavad

Selle uuringu üks praktilisemaid tulemusi on käsi-röntgenfluorestsents (XRF) skannerite kasutamine. Need seadmed on tavalised vanametalli kokkuostupunktides ja keskkonnatestimise laborites. Need on kaasaskantavad ja suhteliselt lihtsad kasutada. Meeskond tõestas, et tehnik saab lihtsalt suunata XRF-skanneri söestunud rullile, et teha kindlaks, kas see sisaldab pliid. See on süsteemne muutus selles, kuidas me arheoloogiale läheneme.

Selle asemel, et saata iga rull kalli skaneerimise jaoks hiiglaslikku osakeste kiirendisse, saavad teadlased nüüd kollektsiooni keldris üle vaadata. Nad suudavad minutitega tuvastada kõige perspektiivikamad kandidaadid süvaanalüüsiks. See voolujooneline lähenemine säästab miljoneid dollareid ja tuhandeid tunde arvutusaega. Tavakasutaja jaoks tähendab see, et avastuste tempo hakkab kiirenema. Me ei pea enam arvama, milliseid söetükke skaneerida; me järgime metalliliste signatuuride kaarti.

Laiem mõju kaasaegsele andmeteadusele

See projekt on enamat kui võit ajaloohuvilistele. See esindab fundamentaalset muutust rikutud andmete käitlemises. Mõelge neist rullidest kui muistse maailma rikutud kõvakettast. Siin välja töötatud tehnikatel – digitaalsel lahtirullimisel, närvivõrkude treenimisel ja materjalianalüüsil – on rakendusi valdkondades, mis ulatuvad arheoloogiast kaugele.

Igapäevaelus aitavad need samad algoritmid arstidel tuvastada kasvajaid keerulistes skaneeringutes või tootjatel leida mikroskoopilisi pragusid lennukiosades. Vesuviuse väljakutse on selle kõrgetasemelise teaduse demokratiseerinud, muutes andmed avalikuks. See võimaldab sõltumatutel uurijatel ja harrastajatel dešifreerimisprotsessi panustada. Projekt tõestab, et kui ühendame tööstusliku riistvara ja ühisloome (crowdsourced intelligence), saame lahendada probleeme, mida varem peeti võimatuks.

Praktiline ettenägelikkus digiajastul

Tulevikku vaadates viitab Seileri meeskonna edu sellele, et meie arusaam ajaloost on muutlik ja allub ootamatutele uuendustele. Me eeldame sageli, et minevik on fikseeritud faktide kogum õpikutes. Tegelikkuses seisavad tuhanded dokumendid praegu muuseumide keldrites, oodates õiget sensorit, mis paneks nad rääkima. Alumine rida on see, et barjäär meie ja muistse maailma vahel ei ole enam füüsiline habrasus. Nüüd on küsimus signaali-müra suhtes ja töötlemisvõimsuses.

Tasub jälgida, kuidas need arengud muudavad meie digiharjumusi. Sama masinõpe, mis tuvastab kreeka tähe söestunud papüürusel, on tehnoloogia, mis organiseerib teie fotokogu või ennustab teie järgmist ostu. Selle rakendamine 2000 aasta vanuse mõistatuse lahendamisel tuletab meile meelde, et need tööriistad on vastupidavad ja võimelised toime tulema äärmise keerukusega. Oleme tunnistajaks digitaalse kohtuekspertiisi labori sünnile kogu inimkonna ajaloo jaoks. See progress julgustab meid väärtustama nähtamatut tööstusmehaanikat, mis muudab toorandmed tähendusrikasteks lugudeks.

Allikad: NIST, PLoS ONE, University of Kentucky, Vesuvius Challenge Project Reports.