Lidar i AI odkrywają zaginione miasta. Dlaczego bez archeologa wciąż są ślepe?

Czy bez ludzkiego oka te cyfrowe cienie kiedykolwiek przemówiłyby ludzkim głosem?. Fot. Nodin Cutfeet, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

„To prawdziwa rewolucja cyfrowa, która nie zastępuje badacza, ale wspiera i przyspiesza jego pracę” - mówi archeolog Luca Sanna. W ciągu ostatnich kilku lat drony i algorytmy odsłoniły więcej tajemnic niż dekady tradycyjnych wykopalisk. Czy jednak maszyna naprawdę rozumie to, co widzi?

Koniec epoki łopaty i kilofu

→ Czytaj też: Neandertalscy stolarze sprzed 60 tysięcy lat. Znaleźli ślady narzędzi, jakich dotąd nie widziano

Jeszcze dwie dekady temu archeolog spędzał miesiące na wyczerpujących rekonesansach, przedzierając się przez gęste zarośla z nadzieją, że potknie się o zapomniany fundament. Dziś Lidar (Light Detection and Ranging) wykonuje tę pracę w kilka godzin. To system teledetekcji laserowej montowany na dronach lub samolotach, który wysyła w stronę gruntu tysiące impulsów na sekundę. Fale o odpowiedniej długości penetrują listowie, odbijają się od powierzchni ziemi i wracają do czujnika. Tak powstaje cyfrowy model terenu z dokładnością co do milimetra.

Efekt przypomina gigantyczną kosiarkę, która teoretycznie zgoliła całą puszczę amazońską. Badania z wykorzystaniem tej technologii zmusiły naukowców do przepisania podręczników. Okazało się, że regiony uważane za bezludne i dzikie były domem dla wyrafinowanych cywilizacji. W Gwatemali i na Jukatanie doliczono się setek tysięcy nieznanych wcześniej struktur Majów, połączonych siecią dróg i wspartych zaawansowanymi systemami rolniczymi.

Zaginione metropolie na jedwabnym szlaku

→ Czytaj też: 40 tysięcy artykułów miesięcznie. Czy sztuczna inteligencja właśnie zabiła arXiv?

Jeszcze większym zaskoczeniem były odkrycia w Azji Centralnej. Na niegościnnych wyżynach południowo-wschodniego Uzbekistanu, gdzie temperatury rzadko rozpieszczają, a teren przypomina księżycowy krajobraz, nikt nie spodziewał się śladów wielkomiejskiego życia. Lidar udowodnił, że naukowcy byli w błędzie. Spod warstw ziemi wyłoniła się Tugunbulak - metropolia o powierzchni stu dwudziestu hektarów, rozkwitająca między VI a XI wiekiem.

Miasto posiadało rozbudowaną infrastrukturę: domy, place, warsztaty metalurgiczne, pięć wież obserwacyjnych i centralną fortecę otoczoną potężnym murem z kamienia i cegły mułowej. To dowód, że wzdłuż Jedwabnego Szlaku, na wysokościach dotąd uznawanych za barierę nie do pokonania, tętniło życie miejskie. Bez technologii laserowego skanowania te fortyfikacje na zawsze pozostałyby anonimowymi pagórkami.

„Skanery i georadary oferują jedynie mapy fizyczne, rejestrują anomalie. Ziemia jest jednak archiwum historycznym złożonym z kontekstu i mikrostratygrafii, które obecnie potrafi interpretować tylko człowiek” - podkreśla Luca Sanna z Uniwersytetu w Cagliari.

Gdy sztuczna inteligencja ma halucynacje

Przetwarzanie petabajtów danych przestrzennych byłoby udręką bez wsparcia Deep Learningu. Algorytmy uczenia głębokiego przeczesują mapy 3D w poszukiwaniu regularnych kształtów - kwadratów, prostokątów, okręgów - które mogą zdradzać obecność ruin. Problem w tym, że oprogramowanie bywa nadgorliwe. Wytrenowane do wyszukiwania geometrii, często „widzi” struktury tam, gdzie ich nie ma.

Sanna ostrzega przed tym zjawiskiem, nazywając je wprost halucynacjami wizualnymi. System potrafi uznać współczesną zagrodę dla owiec za prehistoryczny nurag, ponieważ w danych z chmury punktów oba obiekty wyglądają identycznie - jak regularny okrąg. „Sztuczna inteligencja zawodzi na kontekście. Nie ma intuicji ani doświadczenia terenowego, a do tego cierpi na uprzedzenia wynikające z danych treningowych” - wyjaśnia badacz. Algorytm nie odróżni naturalnego wypiętrzenia skały od fundamentu świątyni, jeśli oba rzucają podobny cień.

Cyfrowy detektyw kontra fizyczny dotyk

Mimo spektakularnych wizualizacji, archeologia cyfrowa napotyka ścianę. Żaden dron nie zbada składu chemicznego zaprawy murarskiej, a żaden skaner nie wyczuje pod palcami różnicy między zwykłym kamieniem a odłupkiem krzemiennym obrobionym ludzką ręką. Jak zauważa Sanna, nie da się zrozumieć przeszłości bez bezpośredniego kontaktu z materią i analizy wypracowanej przez lata spędzone na wykopaliskach.

Technologia zmieniła więc archeologa w menedżera ogromnych zbiorów danych. Zamiast pędzelka i kielni, jego głównym narzędziem staje się krytyczne myślenie. To on musi odsiać cyfrowe artefakty od prawdziwych skarbów. Maszyna podpowiada, gdzie kopać, ale to człowiek decyduje, czy w ogóle warto wbijać łopatę. W przeciwnym razie każda anomalia terenu stałaby się sensacją, a każdy pagórek - piramidą.