Kaip pensininkas išradėjas ir studentų komanda ką tik išgelbėjo 2 000 metų prarastos istorijos

Suanglėję Herkulaniumo bibliotekos likučiai atrodo kaip anglies gabalėliai, rasti kiemo laužavietės dugne. Šimtmečius šie ritiniai buvo didžiausia istorinė mįslė. Žinojome, kad juose slypi prarastos epikūrininkų filosofų mintys, tačiau juos palietus jie virsdavo dulkėmis. Jie išliko po Vezuvijaus išsiveržimo 79 m. po Kr., nes buvo akimirksniu „iškepinti“ vulkaninių dujų, kurios papirusą pavertė gryna anglimi. Šis išsaugojimo būdas yra dviašmenis kalavijas. Norėdami perskaityti rašalą, paprastai turime naudoti rentgeno spindulius, kad matytume per medžiagą. Tačiau kadangi rašalas taip pat yra anglies pagrindu, rentgeno spinduliai mato anglį ant anglies. Tai tarsi bandymas skaityti juodą markerį ant juodo popieriaus tamsiame kambaryje.

Naujas tyrimas, paskelbtas „PLoS ONE“, atskleidžia proveržį, kuris keičia šią dinamiką. Įvairi tyrėjų komanda, vadovaujama pensininko išradėjo ir įtraukianti vidurinės mokyklos mokinius, sukūrė metodą, leidžiantį nustatyti, kuriuose ritiniuose yra metalinio rašalo. Šis atradimas suteikia gaires „Vezuvijaus iššūkiui“ (angl. Vesuvius Challenge) – pasauliniam konkursui skaityti ritinius naudojant dirbtinį intelektą. Naudodama pramoninės patikros laboratorijose randamą įrangą, komanda rado būdą, kaip teikti pirmenybę lengviausiai skaitomiems dokumentams, priartindama mus prie prarastos senovės pasaulio bibliotekos atkūrimo.

2 000 metų senumo problemos chemija

Senovės raštininkai paprastai naudojo lempos suodžių rašalą, kuris iš esmės yra suodžiai, sumaišyti su vandeniu ir guma. Tai yra „anglies ant anglies“ problema, kuri dešimtmečius stabdė pažangą. Tačiau atsirado teorija, kad kai kuriuose vėlesniuose ritiniuose galėjo būti naudojamas rašalas su švinu. Jei švino yra, raidės rentgeno nuotraukoje atrodytų ryškios, panašiai kaip kaulai atrodo ryškūs minkštųjų audinių fone. Iššūkis buvo įrodyti, kad švino ten yra, neišvyniojant trapaus papiruso.

Douglasas Seileris, pensininkas išradėjas, į problemą pažvelgė per pragmatišką filtrą. Jis subūrė grupę, kurią sudarė chemikai, archeologai ir fizikai, kad ištirtų, kaip švino pagrindu pagamintas rašalas reaguoja į šiuolaikinį skenavimą. Komandai reikėjo žinoti, ar standartinis rankinis skeneris gali aptikti šiuos pėdsakus per suanglėjusios medžiagos sluoksnius. Norėdami tai padaryti, jie turėjo atkurti senovės katastrofą laboratorijos sąlygomis.

Šiuolaikinės senovės katastrofos replikos kūrimas

Komanda įsigijo šiuolaikinio Egipto papiruso, kuris vis dar gaminamas naudojant panašius metodus kaip Romos laikais. Jie taip pat gavo tradicinio lempos suodžių rašalo iš Japonijos. Norėdami sukurti kontroliuojamą eksperimentą, jie į rašalą pridėjo tam tikrą kiekį švino nitrato. Tada jie pasikvietė vidurinės mokyklos mokinius rašyti ant papiruso naudojant nendrinius stiliusus. Įdomu tai, kad mokiniai nerašė senovės filosofijos. Į ritinius jie įrašė citatas iš „Žvaigždžių karų“, Biblijos ir septintojo dešimtmečio televizijos laidų.

Kai užrašai išdžiūvo, tyrėjai įdėjo ritinius į aukštos temperatūros krosnį. Šis procesas suanglino papirusą ir rašalą, imituodamas Vezuvijaus karštį Herkulaniume. Rezultatas buvo šiuolaikinių artefaktų kolekcija, kuri chemiškai ir fiziškai buvo beveik identiška 2 000 metų senumo ritiniams. Šis pagrindas leido jiems išbandyti skenavimo įrangą nerizikuojant nė vienu neįkainojamu originaliu dokumentu. Žvelgiant plačiau, tai leido komandai tiksliai patikrinti, kiek švino reikia, kad raidė taptų matoma mašinai.

Baterijų programinės įrangos naudojimas filosofijai skaityti

Žvelgiant giliau, technologija, naudojama matyti per šias suanglėjusias replikas, yra nepaprastai panaši į tą, kurią inžinieriai naudoja techninei įrangai tikrinti. Komanda naudojo mikrotomografiją – neinvazinį metodą, dažnai taikomą vėžio diagnostikoje ir pramoninėje kokybės kontrolėje. Vienas iš tyrėjų, Michaelas Cyrusas Daugherty, pritaikė programinę įrangą, iš pradžių skirtą tikrinti ličio jonų baterijų viduje esančius „vyniotinius“ (angl. jelly rolls).

Baterijoje programinė įranga ieško defektų glaudžiai suvyniotuose metalo ir chemikalų sluoksniuose. Šiame projekte programinė įranga suanglėjusį papirusą traktavo kaip pažeistą bateriją. Ji virtualiai išvyniojo sluoksnius, išlygindama 3D skenavimą į 2D vaizdą, kurį gali perskaityti žmogus. Kai skenavimas pasiekė švino pagrindu pagamintą rašalą, raidės pasirodė su dideliu kontrastu. Tai patvirtino, kad jei ritinyje yra bent nedidelis kiekis švino, šiuolaikinė programinė įranga gali ištraukti tekstą iš skaitmeninio triukšmo. Dirbtinis intelektas veikia kaip nenuilstantis praktikantas, skenuojantis tūkstančius virtualių pjūvių, kad surastų tikslią akimirką, kai raidė tampa įskaitoma.

Kodėl rankiniai skeneriai keičia žaidimo taisykles

Vienas praktiškiausių šio tyrimo rezultatų yra rankinių rentgeno fluorescencijos (XRF) skenerių naudojimas. Šie prietaisai įprasti metalo laužo aikštelėse ir aplinkosaugos tyrimų laboratorijose. Jie yra nešiojami ir palyginti lengvai naudojami. Komanda įrodė, kad technikas gali tiesiog nukreipti XRF skenerį į suanglėjusį ritinį ir nustatyti, ar jame yra švino. Tai sisteminis pokytis mūsų požiūryje į archeologiją.

Užuot siuntę kiekvieną ritinį į masyvų dalelių greitintuvą brangiam skenavimui, tyrėjai dabar gali patikrinti kolekciją tiesiog rūsyje. Per kelias minutes jie gali nustatyti perspektyviausius kandidatus giliai analizei. Šis supaprastintas požiūris sutaupo milijonus dolerių ir tūkstančius valandų skaičiavimo laiko. Vidutiniam vartotojui tai reiškia, kad atradimų tempas paspartės. Mes nebespėliojame, kuriuos anglies gabalėlius skenuoti; mes vadovaujamės metalo pėdsakų žemėlapiu.

Platesnis poveikis šiuolaikiniam duomenų mokslui

Šis projektas yra daugiau nei laimėjimas istorijos mėgėjams. Tai esminis pokytis tame, kaip mes tvarkome sugadintus duomenis. Galvokite apie šiuos ritinius kaip apie sugadintą senovės pasaulio kietąjį diską. Čia sukurtos technikos – skaitmeninis išvyniojimas, neuroninių tinklų mokymas ir medžiagų analizė – pritaikomos srityse, toli peržengiančiose archeologiją.

Kasdieniame gyvenime tie patys algoritmai padeda gydytojams atpažinti auglius sudėtingose nuotraukose arba padeda gamintojams rasti mikroskopinius įtrūkimus lėktuvų dalyse. „Vezuvijaus iššūkis“ demokratizavo šį aukšto lygio mokslą, padarydamas duomenis viešus. Tai leidžia nepriklausomiems tyrėjams ir entuziastams prisidėti prie iššifravimo proceso. Projektas įrodo, kad kai sujungiame pramoninę įrangą su sutelktiniu intelektu, galime išspręsti problemas, kurios anksčiau buvo laikomos neįmanomomis.

Praktinė įžvalga skaitmeniniam amžiui

Žvelgiant į ateitį, Seilerio komandos sėkmė rodo, kad mūsų istorijos supratimas yra nepastovus ir gali būti staiga atnaujintas. Dažnai manome, kad praeitis yra fiksuotas faktų rinkinys, randamas vadovėliuose. Tikrovėje tūkstančiai dokumentų šiuo metu guli muziejų rūsiuose, laukdami tinkamo jutiklio, kuris priverstų juos prabilti. Esmė ta, kad barjeras tarp mūsų ir senovės pasaulio nebėra fizinis trapumas. Dabar tai signalo ir triukšmo santykio bei apdorojimo galios klausimas.

Turėtumėte stebėti, kaip šie pokyčiai keičia mūsų skaitmeninius įpročius. Tas pats mašininis mokymasis, kuris atpažįsta graikišką raidę ant suanglėjusio papiruso, yra technologija, kuri tvarko jūsų nuotraukų biblioteką arba nuspėja kitą pirkinį. Matant, kaip tai taikoma 2 000 metų senumo paslapčiai, primenama, kad šie įrankiai yra atsparūs ir geba susidoroti su didžiuliu sudėtingumu. Esame liudininkai skaitmeninės kriminalistikos laboratorijos, skirtos visai žmonijos istorijai, gimimo. Ši pažanga skatina mus vertinti nematomą pramoninę mechaniką, kuri neapdorotus duomenis paverčia prasmingomis istorijomis.

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