ใจกลางเมืองโบราณ ปอมเปอีในบริเวณที่ภูเขาไฟวิสุเวียสระเบิดในปี ค.ศ. 79 ฝังทุกสิ่งทุกอย่างไว้ใต้เถ้าถ่านและหินภูเขาไฟ มีตัวละครหลักคนใหม่เข้าร่วมทีมอนุรักษ์: หุ่นยนต์ที่นำทางด้วยปัญญาประดิษฐ์ มีศักยภาพในการช่วยบูรณะจิตรกรรมฝาผนังที่แตกกระจายอยู่ในโกดังมานานหลายทศวรรษ
โครงการนี้ผสมผสานแนวคิดที่แตกต่างจากภาพโบราณคดีคลาสสิกที่เน้นการใช้จานสีและพู่กันเพียงอย่างเดียว หุ่นยนต์ขั้นสูง อัลกอริทึม AI และเทคนิคการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์ เพื่อจัดเรียงชิ้นส่วนใหม่ราวกับว่าเป็นปริศนาจิ๊กซอว์ขนาดใหญ่ที่มีชิ้นส่วนเสียหายนับพันชิ้นและไม่มี "ภาพกล่อง" ที่แสดงผลลัพธ์สุดท้าย
ห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีขั้นสูงใจกลางเมืองปอมเปอี
ระบบหุ่นยนต์เป็นส่วนหนึ่งของ ซ่อมแซมซึ่งเป็นคำย่อภาษาอังกฤษของ "Reconstruction of the Past" ซึ่งเป็นโครงการวิจัยที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก สหภาพยุโรป ซึ่งได้เปลี่ยนพื้นที่ของอุทยานโบราณคดีให้กลายเป็นห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีขั้นสูงที่แท้จริงที่ประยุกต์ใช้กับมรดก
ตามที่ผู้รับผิดชอบโครงการได้กล่าวไว้ แพลตฟอร์มดังกล่าวได้รับการติดตั้งแล้ว บ้านสไตล์ชนบทอาคารของรัฐภายในอุทยานโบราณคดีปอมเปอีที่ได้รับการปรับปรุงและดัดแปลงเพื่อเก็บอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่จำเป็น ตั้งแต่แขนหุ่นยนต์ไปจนถึงระบบบันทึกและประมวลผลภาพ
ผู้ประสานงานโครงการ ศาสตราจารย์ มาร์เซลโล เปลลิโยจากมหาวิทยาลัย Ca' Foscari แห่งเมืองเวนิส เน้นย้ำว่าโครงการริเริ่มนี้ได้นำ "โลกที่ดูเหมือนห่างไกลกันมาก" มารวมกัน: ในแง่หนึ่ง เทคนิคที่ก้าวหน้าที่สุดของ ปัญญาประดิษฐ์และหุ่นยนต์; อีกด้านหนึ่ง โบราณคดีและการอนุรักษ์แบบดั้งเดิม ของทรัพย์สินทางวัฒนธรรม
ตามคำพูดของนักวิจัย เป้าหมายมีสองประการ ประการแรกคือเพื่อก้าวหน้าใน การบูรณะทางกายภาพของจิตรกรรมฝาผนังในทางกลับกัน เพื่อพัฒนาเครื่องมือที่สามารถนำไปใช้ในสถานที่และพิพิธภัณฑ์อื่นๆ ในอิตาลี สเปน และส่วนอื่นๆ ของยุโรป ที่มีชิ้นส่วนสะสมนับพันชิ้นในแหล่งสะสมที่รอการศึกษา
หุ่นยนต์แก้ปริศนาทำงานอย่างไร
ระบบที่ออกแบบภายใต้กรอบ RePAIR ประกอบด้วย แขนหุ่นยนต์ที่เหมือนกันสองตัวติดตั้งบนลำตัวร่วมพร้อมอุปกรณ์ เซ็นเซอร์การมองเห็น ที่ทำให้สามารถวิเคราะห์ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นและตำแหน่งในอวกาศได้อย่างละเอียด
แขนแต่ละข้างจะสิ้นสุดลงในลักษณะหนึ่ง “มือนุ่ม” ของโครงสร้างที่ยืดหยุ่นมีความสามารถในการจับยึดชิ้นส่วนที่บอบบางเป็นอย่างยิ่งด้วยด้ามจับที่กระชับมือ ช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายเพิ่มเติมต่อพื้นผิวที่ได้รับความเสียหายจากการปะทุ กาลเวลา และในบางกรณี จากการทิ้งระเบิดในสงครามโลกครั้งที่ 2
เวิร์กโฟลว์เริ่มต้นด้วย การแปลงชิ้นส่วนเป็นดิจิทัลภาพรายละเอียดของแต่ละชิ้นส่วนจะถูกบันทึกและจัดเก็บไว้ในระบบคอมพิวเตอร์ อัลกอริทึมปัญญาประดิษฐ์ (AI) จะใช้ข้อมูลนี้เพื่อ "ไขปริศนา" โดยการวิเคราะห์ขอบ การตกแต่ง สี รูปทรง และความเป็นไปได้ที่ชิ้นส่วนต่างๆ จะตรงกัน
เมื่อซอฟต์แวร์เสนอวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้แล้ว จะถูกส่งไปยัง แพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์โดยแขนหุ่นยนต์จะวางชิ้นส่วนในตำแหน่งที่คำนวณไว้ การประกอบอัตโนมัตินี้ช่วยให้การทดสอบชุดประกอบต่างๆ รวดเร็วกว่าการทำงานด้วยมือเพียงอย่างเดียว
เปลลิโยสรุปความท้าทายด้วยการเตือนทุกคนว่ามันเป็นเพียงปริศนา "ซับซ้อนมาก"โดยมีชิ้นส่วนนับร้อยหรือนับพันชิ้น ซึ่งมักจะเสื่อมสภาพอย่างมากและเราไม่ทราบล่วงหน้าว่าภาพสุดท้ายจะมีลักษณะอย่างไร ซึ่งบังคับให้ AI ต้องทำงานแบบแทบจะไม่รู้อะไรเลย โดยไม่มีแบบจำลองอ้างอิงที่สมบูรณ์
จิตรกรรมฝาผนังอันเป็นสัญลักษณ์: จากบ้านจิตรกรไปจนถึง Schola Armaturarum
ระยะทดสอบหุ่นยนต์มุ่งเน้นไปที่ผลิตผลสดสองชุดที่พิจารณา สัญลักษณ์แห่งมรดกโลก และอยู่ในสภาพที่แตกเป็นเสี่ยงๆ ในโกดังของสวนสาธารณะ
ข้อแรกสอดคล้องกับ เพดานห้องหลายห้องของบ้านจิตรกรที่ทำงานบนเกาะแห่งคนรักที่บริสุทธิ์ (มักเรียกอีกอย่างว่า บ้านของจิตรกรปฏิบัติการ) ได้รับความเสียหายจากการปะทุของภูเขาไฟวิสุเวียส และถูกระเบิดจนพังทลายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยจากการทิ้งระเบิดที่เมืองปอมเปอีในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2
ผลงานกลุ่มที่ 2 คือภาพจิตรกรรมฝาผนัง สโกลา อาร์มาตูรารัมซึ่งเป็นอาคารที่เกี่ยวข้องกับสมาคมนักสู้กลาดิเอเตอร์ ซึ่งการพังทลายในปี 2010 ทำให้ภาพจิตรกรรมฝาผนังที่ตกแต่งไว้เสียหายอย่างหนักเป็นส่วนใหญ่ และยังคงไม่ได้รับการบูรณะอย่างสมบูรณ์
ทั้งสองชุดแสดงให้เห็นถึงปัญหาประเภทที่โครงการนี้ต้องการแก้ไข: ซากศพที่กระจัดกระจายนับพันด้วยช่องว่าง พื้นผิวที่ถูกกัดกร่อน และชิ้นส่วนที่ปะปนกันซึ่งอาจเป็นส่วนหนึ่งของงานที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การทำงานของผู้บูรณะมีความซับซ้อนอย่างมาก
ตามที่ผู้อำนวยการอุทยานโบราณคดีปอมเปอีอธิบายไว้ กาเบรียล ซูชตรีเกลรูปร่างและการตกแต่งที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละชิ้นส่วนทำให้สามารถประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกันได้ในทางทฤษฎี แต่ "ไม่มีมนุษย์คนใดสามารถทำได้เพียงลำพัง" เมื่อต้องจัดการกับวัสดุที่เสียหายจำนวนมหาศาลเช่นนี้ ดังนั้น ความช่วยเหลือของปัญญาประดิษฐ์จึงกลายมาเป็นสิ่งสำคัญ
AI และโบราณคดี: ความร่วมมือ ไม่ใช่การทดแทน
แม้ว่าหุ่นยนต์จะมีความโดดเด่นในสื่อ แต่ผู้จัดการของ RePAIR ยืนกรานว่า เทคโนโลยีไม่ได้มีไว้เพื่อทดแทนนักโบราณคดีแต่เพื่อสนับสนุนพวกเขาในหนึ่งในภารกิจที่ช้าที่สุดและน่าหงุดหงิดที่สุดในการทำงานของพวกเขา: การประกอบวัสดุที่แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยขึ้นมาใหม่
เพื่อฝึกอบรมระบบ ทีมงานจึงได้สร้าง แบบจำลองเทียมของชิ้นส่วน โดยอิงจากแบบจำลองดิจิทัล หุ่นยนต์สามารถฝึกฝนกับชิ้นส่วนที่ไม่ใช่ของแท้ในระหว่างขั้นตอนการทดสอบ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของวัสดุเดิม
อินเทอร์เฟซที่ได้รับการพัฒนาช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านการวาดภาพจิตรกรรมฝาผนังและการบูรณะ โต้ตอบกับระบบตรวจสอบหรือแก้ไขโซลูชันที่เสนอโดย AI และมีส่วนร่วมในการตัดสินตามประสบการณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับรูปแบบ เทคนิค และสัญลักษณ์
ควบคู่ไปกับการทำงานกับหุ่นยนต์ ทีมผู้เชี่ยวชาญจาก มหาวิทยาลัยโลซานน์ทีมงานซึ่งนำโดยศาสตราจารย์ Michel E. Fuchs ใช้เวลาหลายปีในการพัฒนาโปรแกรมการศึกษาและการสร้างใหม่ด้วยตนเอง โดยอาศัยการวิเคราะห์ทางสัณฐานวิทยา สไตล์ และเทคนิคของแต่ละชิ้นส่วน ซึ่งบูรณาการเข้ากับผลลัพธ์ที่สร้างโดยเครื่องจักร
แนวทางแบบผสมผสานนี้ — การรวม การคำนวณอัตโนมัติและประสบการณ์ของมนุษย์— กำลังกลายเป็นมาตรฐานสำหรับโครงการในอนาคตของยุโรปในด้านแหล่งโบราณคดีและพิพิธภัณฑ์ ซึ่งความร่วมมือระหว่างสาขาวิชาต่างๆ จะกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้น
โครงการยุโรปที่มีผลกระทบเกินขอบเขตอิตาลี
RePAIR เปิดตัวใน กันยายน 2021 และได้รับการประสานงานโดยมหาวิทยาลัย Ca' Foscari แห่งเวนิส โดยมีผู้เข้าร่วมหลายราย ศูนย์วิจัยและสถาบันยุโรปรวมถึงสถาบันเทคโนโลยีแห่งอิตาลี (IIT) และอุทยานโบราณคดีปอมเปอีเป็นสถานที่ทดสอบหลัก
โครงการนี้ได้รับทุนสนับสนุนจาก สหภาพยุโรปสิ่งนี้ช่วยเสริมสร้างมิติชุมชนของความคิดริเริ่มที่ไม่จำกัดอยู่เพียงการแก้ไขกรณีเฉพาะในปอมเปอีเท่านั้น แต่ยังมุ่งหวังที่จะวางรากฐานสำหรับเครื่องมือใหม่ๆ ที่สามารถนำไปปรับใช้ได้ มรดกทางวัฒนธรรมทั่วทั้งยุโรปรวมถึงที่เก็บรักษาไว้ในสเปนด้วย
พิพิธภัณฑ์ อุทยานโบราณคดี และที่เก็บโบราณวัตถุที่แตกหักอาจได้รับประโยชน์จากสิ่งนี้ในปีต่อๆ ไป วิธีการที่ได้รับการพัฒนา ในการทดลองนี้ เราปรับใช้อัลกอริทึมและหุ่นยนต์ให้เหมาะกับการรองรับประเภทต่างๆ ไม่เพียงแต่ภาพจิตรกรรมฝาผนังเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเซรามิก ประติมากรรม หรือองค์ประกอบทางสถาปัตยกรรมด้วย
ในโกดังของแหล่งโบราณคดีหลายแห่งในยุโรป พวกมันได้รับการอนุรักษ์ไว้ เศษชิ้นส่วนนับพันชิ้นยังต้องประกอบกลับคืน ซึ่งเนื่องจากขาดเวลาและทรัพยากรบุคคล จึงไม่สามารถศึกษาเชิงลึกได้ หากเทคโนโลยีนี้พิสูจน์ได้ว่าเชื่อถือได้ ก็จะช่วยเร่งกระบวนการจำแนกประเภท การสร้างใหม่ และการจัดทำเอกสารได้อย่างมีนัยสำคัญ
อย่างไรก็ตาม ผู้เสนอโครงการยืนกรานว่าการเปิดตัวในวงกว้างจะต้องดำเนินการด้วย เกณฑ์การอนุรักษ์และการติดตามที่เข้มงวดมากเพื่อให้มั่นใจว่าการใช้หุ่นยนต์และอัลกอริทึมจะไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของผลงานต้นฉบับ
โบราณคดีแห่งอนาคต: ความท้าทายและความเป็นไปได้
ด้านที่ซับซ้อนที่สุดด้านหนึ่งของโครงการคือลักษณะของวัสดุที่หุ่นยนต์ทำงานด้วย: ชิ้นส่วนที่ไม่สมบูรณ์ สึกกร่อน และปะปนกันซึ่งมักแสดงเพียงส่วนเล็ก ๆ ของงานต้นฉบับเท่านั้น ทิ้งช่องว่างขนาดใหญ่ไว้ซึ่งไม่สามารถเติมเต็มได้ทั้งหมด
อัลกอริทึมยังต้องจัดการกับ ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดที่แน่ชัด ของชิ้นส่วนจำนวนมาก: แม้ว่าจะเก็บไว้ในที่เก็บข้อมูลเดียวกัน แต่ก็อาจสอดคล้องกับห้องที่แตกต่างกัน เวลาที่แตกต่างกัน หรือแม้แต่ตึกที่อยู่ห่างกันมาก ซึ่งบังคับให้ระบบต้องลบชุดค่าผสมที่ดูเหมือนถูกต้องแต่ไม่ถูกต้องออกไป
เพื่อจัดการกับความซับซ้อนนี้ นักพัฒนาจึงหันมาใช้ เทคนิคการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์ขั้นสูง และการเรียนรู้ของเครื่องจักร ที่สามารถประเมินรูปร่าง ความหนาของปูนปลาสเตอร์ ลวดลายตกแต่ง สีสัน และความต่อเนื่องที่เป็นไปได้ระหว่างเส้นและลวดลายภาพได้พร้อมกัน
ผู้อำนวยการสวนสาธารณะ Gabriel Zuchtriegel มองว่าแนวทางการทำงานนี้เป็นตัวอย่างของสิ่งที่จะเกิดขึ้น โบราณคดีแห่งอนาคตซึ่งปัญญาประดิษฐ์จะเข้ามามีบทบาทสำคัญไม่เพียงแต่ในการฟื้นฟูจิตรกรรมฝาผนังเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดการข้อมูล การจัดทำเอกสารการขุดค้น และการสร้างแบบจำลองเสมือนจริงที่ประชาชนสามารถเข้าถึงได้อีกด้วย
ความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในเมืองปอมเปอี ซึ่งเป็นแหล่งโบราณคดีที่มีชื่อเสียงที่สุดแห่งหนึ่งของโลก สามารถใช้เป็นตัวอย่างเพื่อส่งเสริมโครงการที่คล้ายกันในแหล่งโบราณคดีอื่นๆ ในยุโรป ส่งเสริม... เครือข่ายความร่วมมือระหว่างสถาบัน ที่แบ่งปันเทคโนโลยี ฐานข้อมูล และโปรโตคอลปฏิบัติการ
ประสบการณ์ของหุ่นยนต์นำทางด้วย AI ในเมืองปอมเปอีแสดงให้เห็นว่า เมื่อรวมเข้าด้วยกัน การวิจัยที่ล้ำสมัย ความร่วมมือระหว่างประเทศ และความรู้ทางโบราณคดีเป็นไปได้ที่จะฟื้นฟูรูปแบบและประวัติศาสตร์บางส่วนให้กับผลงานที่ดูเหมือนถูกตัดสินให้ต้องแยกชิ้นส่วนอยู่ในกล่องโกดัง โดยเปิดเส้นทางที่มีแนวโน้มดีสำหรับการอนุรักษ์มรดกในอิตาลี สเปน และส่วนอื่นๆ ของยุโรป