Kā pensionēts izgudrotājs un studentu komanda tikko izglāba 2000 gadus senu zudušo vēsturi

Herkulānas bibliotēkas pārogļotās atliekas izskatās pēc ogļu klučiem, kas atrasti piemājas ugunskura bedres apakšā. Gadsimtiem ilgi šie tīstokļi bija lielākais vēsturiskais kārdinājums. Mēs zinājām, ka tajos ir epikūriešu filozofu zudušās domas, tomēr pieskaršanās tiem lika tiem pārvērsties putekļos. Tie pārdzīvoja Vezuva izvirdumu mūsu ēras 79. gadā, jo tos acumirklī "izcepa" vulkāniskā gāze, kas papirusu pārvērta tīrā ogleklī. Šī saglabāšanās ir koks ar diviem galiem. Lai izlasītu tinti, mums parasti ir nepieciešami rentgena stari, lai redzētu cauri materiālam. Bet, tā kā tinte arī ir uz oglekļa bāzes, rentgens redz oglekli uz oglekļa. Tas ir tāpat kā mēģināt lasīt melnu marķieri uz melna būvpapīra tumšā telpā.

Jauns pētījums, kas publicēts žurnālā PLoS ONE, atklāj izrāvienu, kas maina šo dinamiku. Daudzveidīga pētnieku komanda, kuru vadīja pensionēts izgudrotājs un kurā piedalījās vidusskolēni, izstrādāja metodi, kā noteikt, kuri tīstokļi satur metālisku tinti. Šis atklājums sniedz ceļa karti "Vezuva izaicinājumam" (Vesuvius Challenge) – globālām sacensībām par tīstokļu lasīšanu, izmantojot mākslīgo intelektu. Izmantojot aparatūru, kas atrodama rūpnieciskās pārbaudes laboratorijās, komanda atrada veidu, kā prioritizēt lasāmākos dokumentus, tuvinot mūs senās pasaules zudušās bibliotēkas atgūšanai.

2000 gadus vecas problēmas ķīmija

Senie rakstveži parasti izmantoja kvēpu tinti, kas būtībā ir kvēpi, kas sajaukti ar ūdeni un gumiju. Šī ir oglekļa uz oglekļa problēma, kas gadu desmitiem ir kavējusi progresu. Tomēr parādījās teorija, ka dažos vēlākos tīstokļos varētu būt izmantota tinte, kas satur svinu. Ja svins ir klāt, burti rentgena skenēšanā izskatītos spilgti, līdzīgi kā kauli izskatās spilgti uz mīksto audu fona. Izaicinājums bija pierādīt, ka svins tur ir, neatritinot trauslo papirusu.

Duglass Sailers (Douglas Seiler), pensionēts izgudrotājs, piegāja problēmai ar pragmatisku filtru. Viņš sapulcināja grupu, kurā bija ķīmiķi, arheologi un fiziķi, lai pārbaudītu, kā uz svina bāzes veidota tinte reaģē uz mūsdienu skenēšanu. Komandai bija jāzina, vai standarta rokas skeneris var noteikt šīs pēdas caur pārogļotā materiāla slāņiem. Lai to izdarītu, viņiem laboratorijas apstākļos bija jāatveido senā katastrofa.

Senas katastrofas mūsdienu replikas izveide

Komanda iegādājās mūsdienu Ēģiptes papirusu, ko joprojām ražo, izmantojot līdzīgas metodes kā romiešu laikmetā. Viņi arī ieguva tradicionālo kvēpu tinti no Japānas. Lai izveidotu kontrolētu eksperimentu, viņi tintei pievienoja noteiktu daudzumu svina nitrāta. Pēc tam viņi piesaistīja vidusskolēnus, lai tie rakstītu uz papirusa, izmantojot niedru irbuļus. Interesanti, ka skolēni nerakstīja seno filozofiju. Viņi tīstokļos ierakstīja citātus no "Zvaigžņu kariem", Bībeles un 1960. gadu televīzijas šoviem.

Kad rakstītais bija nožuvis, pētnieki ievietoja tīstokļus augstas temperatūras krāsnī. Šis process pārogļoja papirusu un tinti, atdarinot Herkulānas vulkānisko karstumu. Rezultāts bija mūsdienu artefaktu kolekcija, kas ķīmiski un fiziski bija gandrīz identiska 2000 gadus vecajiem tīstokļiem. Šis pamats ļāva viņiem pārbaudīt skenēšanas aprīkojumu, neriskējot ne ar vienu neprocējamu oriģinālo dokumentu. Raugoties uz kopējo ainu, tas ļāva komandai precīzi pārbaudīt, cik daudz svina ir nepieciešams, lai burts kļūtu redzams mašīnai.

Akumulatoru programmatūras izmantošana filozofijas lasīšanai

Zem pārsega tehnoloģija, ko izmanto, lai redzētu cauri šīm pārogļotajām replikām, ir pārsteidzoši līdzīga tai, ko inženieri izmanto aparatūras pārbaudei. Komanda izmantoja mikrodatorslāņaino tomogrāfiju – neinvazīvu metodi, ko bieži izmanto vēža attēlveidošanā un rūpnieciskajā kvalitātes kontrolē. Viens no pētniekiem, Maikls Sairuss Dogertijs (Michael Cyrus Daugherty), pielāgoja programmatūru, kas sākotnēji bija paredzēta litija jonu akumulatoru iekšējo tinumu pārbaudei.

Akumulatorā programmatūra meklē defektus cieši satītos metāla un ķīmisko vielu slāņos. Šajā projektā programmatūra uztvēra pārogļoto papirusu kā bojātu akumulatoru. Tā praktiski "atritināja" slāņus, saplacinot 3D skenējumu 2D attēlā, ko cilvēks var izlasīt. Kad skenējumi skāra svina bāzes tinti, burti parādījās ar augstu kontrastu. Tas apstiprināja, ka, ja tīstoklī ir pat neliels daudzums svina, mūsdienu programmatūra var izvilkt tekstu no digitālā trokšņa. Mākslīgais intelekts darbojas kā nenogurdināms praktikants, skenējot tūkstošiem virtuālo šķēļu, lai atrastu precīzu brīdi, kad burts kļūst salasāms.

Kāpēc rokas skeneri maina spēles noteikumus

Viens no praktiskākajiem šī pētījuma rezultātiem ir rokas rentgenfluorescences (XRF) skeneru izmantošana. Šīs ierīces ir izplatītas metāllūžņu novietnēs un vides testēšanas laboratorijās. Tās ir portatīvas un salīdzinoši viegli lietojamas. Komanda pierādīja, ka tehniķis var vienkārši pavērst XRF skeneri pret pārogļotu tīstokli, lai noteiktu, vai tas satur svinu. Tā ir sistēmiska maiņa mūsu pieejā arheoloģijai.

Tā vietā, lai katru tīstokli nosūtītu uz masīvu daļiņu paātrinātāju dārgai skenēšanai, pētnieki tagad var pārbaudīt kolekciju pagrabā. Viņi dažu minūšu laikā var identificēt daudzsološākos kandidātus padziļinātai analīzei. Šī racionalizētā pieeja ietaupa miljoniem dolāru un tūkstošiem stundu skaitļošanas laika. Vidusmēra lietotājam tas nozīmē, ka atklājumu temps paātrināsies. Mēs vairs neminam, kurus ogļu klučus skenēt; mēs sekojam metālisko parakstu kartei.

Plašāka ietekme uz mūsdienu datu zinātni

Šis projekts ir kas vairāk nekā tikai uzvara vēstures entuziastiem. Tas atspoguļo fundamentālas pārmaiņas tajā, kā mēs rīkojamies ar bojātiem datiem. Domājiet par šiem tīstokļiem kā par bojātu cieto disku no senās pasaules. Šeit izstrādātajām metodēm – digitālajai atritināšanai, neironu tīklu apmācībai un materiālu analīzei – ir pielietojums jomās, kas sniedzas tālu aiz arheoloģijas robežām.

Ikdienas dzīvē šie paši algoritmi palīdz ārstiem identificēt audzējus sarežģītos skenējumos vai palīdz ražotājiem atrast mikroskopiskas plaisas lidmašīnu detaļās. "Vezuva izaicinājums" ir demokratizējis šo augsta līmeņa zinātni, padarot datus publiski pieejamus. Tas ļauj neatkarīgiem pētniekiem un hobbistiem dot savu ieguldījumu atšifrēšanas procesā. Projekts pierāda, ka, apvienojot rūpniecisko aparatūru ar pūļa intelektu, mēs varam atrisināt problēmas, kas iepriekš tika uzskatītas par neiespējamām.

Praktiska tālredzība digitālajā laikmetā

Raugoties nākotnē, Sailera komandas panākumi liecina, ka mūsu izpratne par vēsturi ir nepastāvīga un pakļauta pēkšņiem atjauninājumiem. Mēs bieži pieņemam, ka pagātne ir fiksēts faktu kopums, kas atrodams mācību grāmatās. Realitātē tūkstošiem dokumentu pašlaik atrodas muzeju pagrabos, gaidot īsto sensoru, kas liks tiem runāt. Būtība ir tāda, ka barjera starp mums un seno pasauli vairs nav fizisks trauslums. Tagad tas ir signāla un trokšņa attiecības un apstrādes jaudas jautājums.

Jums vajadzētu vērot, kā šie notikumi maina mūsu digitālos ieradumus. Tā pati mašīnmācīšanās, kas atpazīst grieķu burtu uz pārogļota papirusa, ir tehnoloģija, kas kārto jūsu fotoattēlu bibliotēku vai paredz jūsu nākamo pirkumu. Redzot to piemērotu 2000 gadus senam noslēpumam, mēs atceramies, ka šie rīki ir izturīgi un spēj tikt galā ar ārkārtēju sarežģītību. Mēs esam liecinieki digitālās kriminālistikas laboratorijas dzimšanai visai cilvēces vēsturei. Šis progress mudina mūs novērtēt neredzamo rūpniecisko mehāniku, kas pārvērš neapstrādātus datus jēgpilnos stāstos.

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