هوش مصنوعی چگونه طومار سوخته را بدون بازکردن خواند؟

پژوهشگران با ترکیب هوش مصنوعی و تصویربرداری پیشرفته‌ی اشعه‌ی ایکس موفق شدند نوشته‌های طوماری نزدیک‌به دو هزار ساله را بخوانند؛ طوماری که در فوران آتشفشان وزوو سوخته بود و بازکردن فیزیکی آن می‌توانست برای همیشه نابودش کند.

تصور کنید کتابی دو هزار سال قدمت دارد؛ اما هیچ‌کس نمی‌تواند آن را باز کند. صفحات کتاب بر اثر حرارت شدید به زغال تبدیل شده‌اند و کوچک‌ترین تلاش برای جداکردن آن‌ها ممکن است نوشته‌های باستانی را به خاکستر تبدیل کند.

این دقیقاً مشکلی بود که پژوهشگران با طومارهای شهر باستانی هرکولانیوم در ایتالیا داشتند. در سال ۷۹ میلادی، فوران آتشفشان وزوو این شهر را زیر لایه‌های ضخیمی از خاکستر مدفون کرد. گرمای شدید، طومارهای پاپیروسی یک کتابخانه‌ی بزرگ را سوزاند، اما در اتفاقی عجیب، همین فرایند باعث شد بخشی از آن‌ها تا امروز باقی بمانند.

صدها طومار همچنان به‌شکل لوله‌هایی سیاه و شکننده نگهداری می‌شوند. بسیاری از آن‌ها هرگز باز نشده‌اند و محتوایشان برای قرن‌ها ناشناخته مانده است.

پروژه‌ی علمیVesuvius Challengeدر سال ۲۰۲۳ با هدف حل این مشکل آغاز شد. پژوهشگران تصمیم گرفتند به‌جای بازکردن طومارها با دست، ابتدا تصویری سه‌بعدی از داخل آن‌ها تهیه کنند و سپس با کمک هوش مصنوعی، نوشته‌ها را بازیابی کنند.

اولین مرحله، اسکن‌کردن طومار با اشعه‌ی ایکس است. پژوهشگران از دستگاهی بسیار دقیق استفاده می‌کنند که از زوایای مختلف به جسم اشعه می‌تاباند و تصویری سه‌بعدی از ساختار داخلی آن می‌سازد.

این فناوری تا حدی شبیه سی‌تی‌اسکن پزشکی است، اما جزئیات بسیار ریزتری را ثبت می‌کند. به کمک آن می‌توان لایه‌های پاپیروس را که محکم دور یکدیگر پیچیده شده‌اند، بدون لمس‌کردن مشاهده کرد.

پس از اسکن، نوبت به نرم‌افزار می‌رسد. الگوریتم‌ها مسیر لایه‌های پیچ‌خورده را در تصویر سه‌بعدی دنبال می‌کنند، هر لایه را از لایه‌های مجاور جدا می‌کنند و آن را به‌شکل دیجیتالی باز می‌کنند.

به بیان ساده، کامپیوتر طومار را در محیط مجازی باز می‌کند؛ بدون اینکه خود طومار حتی یک میلی‌متر حرکت کند؛ اما چگونه باید نوشته‌هایی را تشخیص داد که تقریباً هم‌رنگ و هم‌جنس کاغذ سوخته هستند؟

بسیاری از نوشته‌های باستانی با جوهر کربنی نوشته شده‌اند. از طرف دیگر، پاپیروس بر اثر حرارت آتشفشان به ماده‌ای کربنی تبدیل شده است.

در نتیجه، جوهر و سطح طومار در تصاویر معمولی اشعه‌ی ایکس تقریباً چگالی یکسانی دارند. این موضوع باعث می‌شود تشخیص حروف بسیار دشوار باشد.

مدل‌های یادگیری ماشین با بررسی نمونه‌هایی از این نشانه‌ها آموزش دیدند تا بتوانند محل احتمالی جوهر را در تصاویر شناسایی کنند. هوش مصنوعی بخش‌های کوچکی از تصویر را بررسی می‌کند و احتمال وجود جوهر در هر نقطه را تخمین می‌زند. سپس این نتایج کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا شکل حروف و نوشته‌ها آشکار شود.

مدل قرار نیست متن تاریخی را حدس بزند. وظیفه‌ی آن آشکارکردن نشانه‌های واقعی جوهر است و پژوهشگران متخصص متون باستانی، نوشته‌های بازیابی‌شده را بررسی و تفسیر می‌کنند.

نخستین موفقیت بزرگ پروژه در سال ۲۰۲۳ رقم خورد. تیمی متشکل ازیوسف نادرلوک فریتوروجولیان شیلیگرتوانست بخش‌هایی از یک طومار بسته را بازیابی کند.

نتایج این تلاش در سال ۲۰۲۴ اعلام شد و تیم برنده جایزه‌ی ۷۰۰ هزار دلاری دریافت کرد. متن بازیابی‌شده به موضوعاتی مانند موسیقی، غذا و لذت‌های زندگی می‌پرداخت؛ اما پیشرفت مهم‌تر در سال ۲۰۲۶ اعلام شد. پژوهشگران خبر دادند برای نخستین‌بار توانسته‌اند تمام بخش باقی‌مانده از یک طومار هرکولانیوم را بدون بازکردن فیزیکی آن بخوانند.

طومار با شناسه‌ی PHerc. 1667شناخته می‌شود. تیم پژوهشی حدود ۱٫۴ متر از سطح نوشته‌دار آن را به‌صورت دیجیتالی بازسازی کرد و متن نزدیک به ۲۲ ستون نوشته‌ی یونانی را در اختیار متخصصان قرار داد.

بررسی‌های اولیه نشان داد متن به فلسفه‌ی اخلاق و اندیشه‌های مکتب رواقی مربوط می‌شود و نویسنده درباره‌ی طبیعت انسان، رفتار و پیشرفت اخلاقی بحث می‌کند.

خواندن کامل طومار به معنای بازیابی تک‌تک حروف آن نیست. بخش‌هایی از پاپیروس پیش‌تر آسیب دیده یا از بین رفته‌اند و در متن بازیابی‌شده نیز قسمت‌های ناخوانا وجود دارد. دستاورد اصلی این است که پژوهشگران توانسته‌اند متن باقی‌مانده را به‌صورت پیوسته، از ابتدا تا انتها بررسی کنند.

با وجود موفقیت‌های اخیر، هنوز موانع فنی زیادی وجود دارد. بعضی طومارها آن‌قدر فشرده یا آسیب‌دیده‌اند که تشخیص مرز لایه‌هایشان دشوار است. در برخی نمونه‌ها نیز جوهر نشانه‌های کافی در تصاویر اشعه‌ی ایکس ایجاد نمی‌کند.

پژوهشگران دریافته‌اند مدلی که برای تشخیص جوهر یک طومار عملکرد خوبی دارد، لزوماً روی طومار دیگری به همان اندازه موفق نیست.

به همین دلیل، تیم Vesuvius Challenge همچنان روی افزایش وضوح تصویربرداری، بهبود تشخیص جوهر و خودکارسازی بازکردن مجازی طومارها کار می‌کند.

این پروژه ساختاری متن‌باز دارد و داده‌های اسکن و بخشی از ابزارهای پردازش آن در اختیار پژوهشگران قرار گرفته‌اند. همچنین جوایز نقدی برای افرادی در نظر گرفته شده است که بتوانند مشکلات باقی‌مانده را حل کنند.

Vesuvius Challenge+1

اهمیت این دستاورد فقط خواندن یک طومار باستانی نیست. صدها متن دیگر هنوز در کتابخانه‌های ایتالیا نگهداری می‌شوند که ممکن است حاوی آثار ناشناخته‌ای از فیلسوفان و نویسندگان یونان و روم باشند.

برای نخستین‌بار، پژوهشگران راهی پیدا کرده‌اند که می‌توانند بدون خطر نابودکردن این آثار، به نوشته‌های پنهان درون آن‌ها دسترسی پیدا کنند؛ نوشته‌هایی که نزدیک به دو هزار سال هیچ انسانی آن‌ها را نخوانده بود.