Aplikacja będąca spełnieniem marzeń każdego archeologa
Podczas wykopalisk archeolodzy odkrywają liczne fragmenty ceramiki, z których można wyczytać istotne informacje na temat życia ludzi przed wiekami, między innymi w czasach rzymskich. Jednak należy pamiętać, że dokładne i prawidłowe scharakteryzowanie skorup ceramicznych może zająć ekspertowi w tej dziedzinie naprawdę wiele godzin. Szukając rozwiązania tej kwestii, zespół unijnego projektu ArchAIDE postanowił wykorzystać sztuczną inteligencję do opracowania aplikacji mobilnej i desktopowej, która umożliwia identyfikację naczyń ceramicznych i określenie ich pochodzenia. „Można by zaoszczędzić połowę lub nawet dwie trzecie czasu, jaki obecnie poświęca się na klasyfikowanie ceramiki”, mówi Gabriele Gattiglia, archeolog z Uniwersytetu w Pizie, który koordynował projekt stworzenia oprogramowania. Aby skorzystać z tej aplikacji, użytkownik najpierw musi zrobić zdjęcie wybranego fragmentu ceramiki, dostosować parametry obrazu za pomocą przyjaznego dla użytkownika narzędzia, a następnie przesłać obraz w celu klasyfikacji. Do wykonania tego zadania system wykorzystuje model rozpoznawania na podstawie obrazu i wzorów dekoracji ceramiki albo model bazujący na rozpoznawaniu kształtów, który pomaga określić typ ceramiki, na przykład pod kątem rodzaju naczynia, z którego pochodzą badane skorupy. Aplikacja w zaledwie kilka sekund wyświetla pięć odpowiedzi, uporządkowanych według wyniku opartego na stopniu „zaufania” systemu do trafności danej propozycji. Użytkownik może kliknąć każdą odpowiedź, aby wyświetlić informacje dotyczące skojarzonego z badaną skorupą typu naczynia, dostępne w bazie danych systemu ArchAIDE. „W ten sposób można zweryfikować prawidłowość odpowiedzi przesłanych przez narzędzie klasyfikujące”, wyjaśnia Gattiglia.
Spełnienie marzeń
Gattiglia i jego koleżanka po fachu, Francesca Anichini, wpadli na pomysł stworzenia aplikacji mniej więcej 10 lat temu, kiedy pracowali jako archeolodzy przy wykopaliskach, ale w tamtym czasie nie dysponowali niestety ani wystarczającymi środkami, ani odpowiednim know-how do tego, by sprostać technicznym wyzwaniom takiego projektu. Po skonsultowaniu swojego pomysłu z Roberto Scopigno z włoskiego ośrodka badawczego CNR ISTI i uzyskaniu od niego pozytywnej opinii, w 2014 roku wystąpili o dofinansowanie z funduszy unijnych. Przełom w wykorzystaniu sztucznej inteligencji do tego celu był możliwy dzięki założeniu konsorcjum obejmującego imponującą liczbę zainteresowanych podmiotów z Niemiec, Hiszpanii, Włoch, Zjednoczonego Królestwa i Izraela. Aby zapełnić bazę danych użytecznymi informacjami na temat ceramiki, opracować dwie sieci neuronowe stanowiące rdzeń systemu i stworzyć aplikację mobilną i desktopową, archeolodzy potrzebowali pomocy inżynierów i techników. Z kolei aby nauczyć sieci prawidłowego rozpoznawania skorup, programiści potrzebowali setek tysięcy fragmentów naczyń ceramicznych. Archeolodzy uczestniczący w projekcie spędzili całe miesiące na przeszukiwaniu europejskich zasobów, fotografując prawie 25 000 odłamków. Uczeni z Uniwersytetu Telawiwskiego i CNR wpadli na genialny pomysł pozyskania dodatkowych milionów zdjęć skorup: na podstawie dwuwymiarowych rycin naczyń ceramicznych stworzyli ich modele 3D, a następnie komputerowo je „roztrzaskali”, otrzymując w ten sposób miliony wirtualnych odłamków, wykorzystanych następnie do nauczenia sieci neuronowej, jak rozpoznawać kształty ceramiki. Wyniki skuteczności oprogramowania są naprawdę imponujące. Wskaźnik dokładności pięciu najtrafniejszych odpowiedzi wyniósł odpowiednio 83,8 % dla modelu rozpoznawania na podstawie wyglądu/wzoru i 62,8 % dla modelu rozpoznawania na podstawie kształtu. Partnerzy skupiają się teraz na rozbudowie bazy danych ArchAIDE, aby zapewnić jeszcze wyższy poziom dokładności systemu, a tym samym stworzyć narzędzie, które stanie się standardowym źródłem informacji dla badaczy ceramiki pochodzącej z dowolnego okresu. Od momentu zakończenia projektu w maju 2019 roku MAPPA Lab, jednostka badawcza przynależąca do Uniwersytetu w Pizie, dokłada wielu starań, by ten cel zrealizować. Dodaje ponadto nowe katalogi i nawiązuje współpracę na szczeblu krajowym i międzynarodowym z instytucjami i grupami badawczymi z całego świata z myślą o udoskonaleniu systemu. „Aplikacje ArchAIDE obsługują obecnie tylko kilka klas ceramiki, ale kiedy zostaną rozbudowane, z pewnością zrewolucjonizują badania archeologiczne”, podkreśla Maria Letizia Gualandi, główna badaczka projektu.
Słowa kluczowe
ArchAIDE, ceramika, skorupy ceramiczne, wykopaliska, klasyfikacja, baza danych