Terobosan AI memungkinkan para ilmuwan membaca gulungan Romawi yang pernah terkubur di Gunung Vesuvius

ZDNET Secara Mendalam: Masuki perjalanan 20 tahun untuk memecahkan kode gulungan Herculaneum, yang terkarbonisasi oleh letusan gunung berapi bersejarah dua ribu tahun yang lalu - dan tidak dapat dibaca hingga sekarang.

Gulungan Herculaneum dengan garis laser merah dipindai di Institut de France oleh Brent Seales dan timnya.

Setelah letusan gunung berapi yang bersejarah, dua milenium, dan upaya internasional untuk menggunakan kecerdasan buatan untuk membaca serangkaian gulungan kuno yang misterius, para peneliti mengetahui apa yang setidaknya ada dalam pikiran seorang filsuf Epicurean Romawi: makanan.

Manusia, meski penuh kejutan, bisa diprediksi.

Pengungkapan ini merupakan puncak dari Vesuvius Challenge -- sebuah kontes yang diluncurkan pada Maret 2023 oleh peneliti Universitas Kentucky Brent Seales, mantan CEO GitHub Nat Friedman, serta pengusaha dan investor Daniel Gross. Tujuannya adalah untuk mengambil pemindaian tomografi komputer (CT) dari apa yang dikenal sebagai gulungan Herculaneum serta perangkat lunak berbasis pembelajaran mesin dan menyerahkannya ke tangan detektif yang paham teknologi dari seluruh dunia dengan harapan seseorang dapat membaca gulungan tersebut. bahkan tanpa menyentuhnya.

Dengan dukungan dari Silicon Valley, penyelenggara memberikan hadiah uang untuk kemajuan dalam upaya membaca tulisan yang pernah terkubur dan terkarbonisasi dalam letusan Gunung Vesuvius. Itu termasuk $700.000 yang akan dibagi di antara tiga tim pemenang: Youssef Nader, Luke Farritor, dan Julian Schilliger -- semuanya siswa. Mereka mengirimkan 15 kolom teks, yang menurut analisis awal berisi tulisan tentang apakah kelangkaan atau kelimpahan barang seperti makanan memengaruhi kesenangan manusia dalam menemukannya.

Tantangan Vesuvius menandai momen penting dalam upaya untuk masuk ke dalam gulungan tersebut. Ini juga merupakan momen besar bagi Seales, peneliti dari Universitas Kentucky -- dia telah berusaha mencapai hal ini selama dua dekade terakhir.

Seales dan berbagai inkarnasi timnya belum pernah sedekat ini dengan membaca kumpulan teks. Bisa dibilang, batas waktu kontes pada tanggal 31 Desember tidak terlalu penting. Tantangannya, baik dari segi hadiah utama maupun teka-teki itu sendiri, menarik minat dan merekrut kolaborator baru yang kontribusinya dibandingkan dengan sekitar 10 tahun kerja manusia hanya dalam tiga bulan pertama.

“Sungguh menakjubkan merasakan kekuatan penebusan yang mungkin kita miliki sekarang berkat AI, tomografi, dan komputasi,” kata Seales dalam sebuah wawancara sebelum pengumuman hadiah utama.

Tampaknya masih banyak hal yang harus dilakukan, namun Michael McOsker, seorang peneliti yang mempelajari gulungan-gulungan tersebut, memperkirakan semua upaya ini dapat menghasilkan sekitar 200 buku baru. Koleksinya juga merupakan satu-satunya perpustakaan yang masih bertahan dari jaman dahulu.

“Kami mungkin memiliki kurang dari 1% dari… seluruh literatur yang telah ditulis,” katanya. “Peningkatan apa pun dalam pengetahuan kita adalah penting.”

Sejarah terbuka

Brent Seales dan Seth Parker (pemimpin proyek Inisiatif Restorasi Digital) memindai replika gulungan Herculaneum di kampus Universitas Kentucky.

Seales tidak berencana menghabiskan dua dekade untuk membuka bungkus teks kuno. Berasal dari Western New York, dia adalah seorang spesialis pencitraan yang tertarik pada AI. Masalahnya: tidak banyak hal yang terjadi dengan AI saat itu. Namun, visi komputer tampak seperti salah satu bidang yang mengalami kemajuan.

Dia bertemu dengan seorang profesor di Universitas Kentucky pada pertengahan 1990-an yang sedang mengerjakan naskah puisi epik Anglo-Saxon Beowulf pada saat ada dorongan untuk mendigitalkan perpustakaan. Setelah membaca Beowulf di sekolah menengah, seperti kebanyakan anak lainnya, minat Seales terguncang. Dia berpikir tentang kekuatan digitalisasi teks yang satu ini -- satu-satunya manuskrip yang masih ada untuk menjadi saksi cerita tersebut.

Digitalisasi beralih ke restorasi. Setelah teks menjadi digital, kualitas gambar dapat ditingkatkan. Hanya membuat salinan bukanlah akhir dari segalanya. Dan jika mereka dapat meratakan dokumen yang kusut secara digital, mengapa mereka tidak dapat membukanya juga?

“Kami menemukan ide untuk membuka bungkusnya sepenuhnya sebelum kami mengetahui benda yang sebenarnya akan kami buka,” kata Seales.

Pada tahun 2004, Seales akhirnya menemukan sesuatu yang perlu diungkapkan ketika seorang sarjana klasik Universitas Michigan bernama Richard Janko mengatakan kepadanya bahwa dia telah mengidentifikasi pasangan yang paling cocok.

Masuk: Gulungan Herculaneum.

Karakter Yunani, πορφύραc, yang dinyatakan sebagai kata "UNGU", adalah salah satu dari beberapa karakter dan baris teks yang telah diekstraksi oleh kontestan Vesuvius Challenge, Luke Farritor.

Menggali masa lalu

Di zaman modern, letusan Vesuvius mungkin mengingatkan kita pada gambaran tubuh-tubuh yang terkubur dalam abu yang saling berpelukan saat dunia mereka berakhir. Ini adalah peristiwa bersejarah yang sekaligus menarik, tragis, dan bahkan sedikit menyeramkan.

Satu-satunya catatan mengenai masa itu berasal dari surat-surat penulis dan pengacara Romawi, Pliny the Younger, yang menggambarkan kerumunan orang yang panik dan "awan hitam tebal" yang melahap daratan seperti banjir.

“Beberapa orang begitu takut mati sehingga mereka berdoa memohon kematian,” tulisnya.

Ketika awan cukup tipis sehingga cahaya matahari bisa masuk, Pliny the Younger melihat segala sesuatu terkubur dalam abu yang mengingatkannya pada salju.

Di Herculaneum -- sebuah kota sekitar 10 mil sebelah barat Pompeii, dan bahkan lebih dekat dengan gunung berapi yang sedang meletus -- semua abu dan puing yang berjatuhan mengubur sebuah vila yang pernah dimiliki oleh ayah mertua Julius Caesar. Rendering perkebunan menunjukkan halaman raksasa, taman, dan lengkungan. Yang terpenting, vila itu juga merupakan rumah bagi perpustakaan gulungan papirus.

Meskipun abu panas setinggi sekitar 65 kaki mungkin tampak seperti dampak terburuk yang mungkin terjadi pada papirus, panasnya membuat gulungan-gulungan itu menjadi karbon, sehingga melindunginya dari efek kerusakan alami akibat udara.

Baru pada tahun 1700-an seorang petani, ketika menggali sumur, membuat marmer dan memulai upaya penggalian yang menghasilkan lebih dari 600 gulungan yang belum dibuka. (Jumlah pasti dari papirus Herculaneum sulit untuk ditentukan, kata Seales, mengingat apakah para peneliti menghitung fragmen dan sebagian potongannya. Beberapa memperkirakan jumlahnya mencapai 1.800.)

Gulungan-gulungan tersebut diserahkan kepada Antonio Piaggio, seorang sarjana dari Perpustakaan Vatikan, yang menemukan mesin untuk membuka beberapa gulungan yang lebih terpelihara. Piaggio tidak selalu berhasil.

Apa yang dibuka bungkusnya terutama berisi filosofi Epicurean, membuat McOsker percaya bahwa gulungan yang tersisa mungkin memiliki sifat yang sama. Mereka mungkin tidak menulis ulang cara para sarjana memandang dunia kuno, namun mengingat kurangnya tulisan pada masa itu, 200 buku lainnya bisa menjadi hasil yang layak.

Ini bukan 'eksperimen'

Saat ini, gulungan-gulungan tersebut disimpan di beberapa lokasi di Eropa, dan sebagian besar ditemukan di Perpustakaan Nasional Napoli di Italia.

Tidak mengherankan, kebanyakan orang tidak bisa berjalan-jalan dengan gulungan-gulungan rapuh berusia 2.000 tahun. Seales membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk membangun kasus melalui pendanaan, keberhasilan proyek lain, dan diplomasi akademis untuk mendapatkan akses.

Seales, yang memiliki latar belakang inovasi bedah seperti laparoskopi, ingin menggunakan tomografi komputer untuk memindai gulungan dan kemudian membuat perangkat lunak untuk membungkus pindaian tersebut.

Pada tahun 2005, Seales mendapat kesempatan untuk membagikan idenya dalam kuliah di Oxford. Pada saat itu, dia dan timnya telah mengumpulkan contoh papirus yang tertanam dalam bola poliuretan, yang telah mereka pindai dan buka bungkusnya.

"Itu seperti debutan yang turun tangga dengan gaun sambil berkata, 'mari dan berdansa denganku,'" kata Seales.

Tanggapannya positif, namun di telinga para konservator, hal ini masih terdengar seperti sebuah eksperimen, dan "eksperimen" adalah sebuah kata kotor jika diterapkan pada sesuatu yang sangat langka dan kuno.

Setelah empat tahun bekerja keras, membangun hubungan, dan beberapa kemahiran, pada tahun 2009, Seales dan timnya pergi ke Institut de France untuk melakukan pemindaian mikro-CT pertama pada papirus.

"Saya merasa takut sekaligus sangat gembira," kata Seales. Gulungannya kecil dan tampak seperti arang. "Mereka memberi tahu Anda bahwa ini adalah keseluruhan buku dari zaman kuno... dan ini hanya benda kecil karena menyusut ketika dikarbonisasi."

Meskipun merupakan pencapaian yang luar biasa karena akhirnya dapat memindai gulungan-gulungan tersebut, Seales berjuang untuk membuat perangkat lunak tersebut berfungsi sesuai keinginan tim.

Jika mereka tidak ingin segera memecahkan gulungan Herculaneum, mereka memerlukan tujuan lain untuk dicapai.

Pemecahan masalah

Mengatakan Seales telah mengerjakan gulungan Herculaneum selama 20 tahun mungkin terdengar seperti dia masuk dan keluar kantor setiap hari dengan fokus tunggal tersebut.

Kenyataannya, ada kalanya tim tidak dapat mengerjakan gulungan tersebut, atau sedang mengerjakan pemindaian digital dan membuka bungkusan teks lain yang dalam beberapa hal masih membantu mereka mendekati tujuan akhir.

Pada tahun 2006, tim Seale membuka salinan Kitab Pengkhotbah abad pertengahan yang ditulis dalam bahasa Ibrani. Setahun kemudian, pada tahun 2007, Seales berada di tim yang pergi ke Venesia untuk mendigitalkan salinan lengkap tertua dari Iliad karya Homer.

Gulungan Herculaneum sedang dipindai di Diamond Light Source di dalam kotak pemindaiannya.

“Setiap proyek yang saya lakukan selama ini membangun sedikit kredibilitas dalam diri saya sebagai peneliti, dan pengetahuan dalam diri saya untuk dapat mendekati pengambil keputusan di museum dan perpustakaan ini untuk berdiskusi dengan mereka,” katanya. Dia bahkan cukup belajar bahasa Prancis untuk berbicara dengan para peneliti di Paris.

Namun, pada tahun 2012, dorongan Herculaneum sedikit merosot. Tahun berikutnya, Seales mengambil cuti panjang dan menghabiskan satu tahun di Paris sebagai ilmuwan tamu di Institut Kebudayaan Google. Hal ini memberinya kesempatan untuk membangun kembali kepercayaan diri dan mendapatkan masukan dari orang-orang baru dan ide-ide baru, tepat ketika Google akan mengakuisisi laboratorium penelitian AI DeepMind.

Sekitar waktu itu, Seales mulai mengejar ide membuat pemindaian di dalam akselerator partikel, yang akan meningkatkan resolusi gambar secara signifikan.

Penyetelan ulang ini berguna, karena tantangan teknis dalam membaca gulungan masih sulit.

Salah satu masalah utama adalah sesuatu yang disebut segmentasi. Meskipun gulungannya cukup kecil, pemindaiannya sangat detail. Pimpinan Teknis Stephen Parsons, yang pertama kali bekerja dengan Seales sebagai mahasiswa di Universitas Kentucky, menjelaskan upaya memisahkan secara digital lapisan papirus yang dihancurkan sebagian dan jaringan serat yang terlihat dalam pemindaian. Dia membandingkannya dengan potongan melintang batang kayu, namun agak hancur.

Tantangan lainnya adalah membaca tinta pada papirus. Parsons mengatakan teknologi pencitraan terbaik yang harus mereka lihat di dalam gulungan itu adalah CT mikro sinar-X. Masalahnya? Kontrasnya tidak cukup untuk membaca tinta.

Gulungan Herculaneum ditulis dengan bahan dasar jelaga dari lampu minyak, yang secara kimiawi hampir merupakan karbon murni. Karena papirus juga secara kimiawi mengandung karbon, tim menemukan warna abu-abu di atas abu-abu.

Proyek lain, seperti gulungan En-Gedi pada tahun 2016 -- gulungan Pentateuchal tertua (berkaitan dengan lima kitab pertama dalam Alkitab) sejak gulungan Laut Mati, yang keberhasilan pembukaan digitalnya merupakan tonggak penting bagi tim Seales -- menggunakan tinta dengan zat besi di dalamnya, yang terlihat pada titik terang pada sinar-X.

Parsons mengatakan mereka berhipotesis bahwa masih ada perbedaan yang dapat dideteksi. Ia mengibaratkannya seperti garis-garis bercat hitam di aspal. Mungkin model pembelajaran mesin dapat dilatih untuk melihat tinta.

Butuh kerja bertahun-tahun, menguji ide pada gulungan yang mereka buat dan potongan gulungan Herculaneum yang patah dan memperlihatkan tulisannya, hingga sampai pada titik di mana mereka mampu membaca dua karakter dari lapisan jauh di dalam gulungan.

Meskipun diperlukan waktu bertahun-tahun untuk mengembangkannya hingga menyempurnakannya… pendekatan ini pada akhirnya akan membuahkan hasil,” kata Parsons. Setahun kemudian, itu terjadi.

Masalah perangkat lunak

Apa yang disinggung oleh segmentasi dan deteksi tinta adalah bahwa mendapatkan pindaian hanyalah sebagian dari keseluruhan tantangan gulungan tersebut. Mengambil data dan memilahnya secara algoritmik merupakan perjalanan yang sangat berbeda.

Setelah beberapa kali pengulangan, tim Seales menciptakan Volume Cartographer, yang ditulis terutama oleh pemimpin proyek Seth Parker, yang bergabung dengan tim pada tahun 2012. Ini adalah perangkat lunak sumber terbuka yang digunakan untuk memetakan bagian dalam gulungan dan memahami "sup kata yang mengambang, " seperti yang dikatakan Parker.

12 pezzi, atau "potongan", dari gulungan papirus Herculaneum yang terbuka yang dikenal sebagai P.Herc.118. Kompilasi gambar dimiliki oleh Perpustakaan Bodleian di Universitas Oxford.

Parker memulai karirnya sebagai editor video yang mengerjakan film dokumenter penelitian. Dia pernah bekerja dengan Seales, dan ketika seorang anggota tim pergi, dan Seales membutuhkan seseorang yang paham tentang kamera dan pengambilan gambar, dia merekrut Parker. Setelah mengambil jurusan media dan komunikasi, ia meraih gelar Ph.D. dalam ilmu komputer.

Dia juga mendapatkan bantuan ekstra terkait Volume Cartographer dari orang-orang yang dipekerjakan oleh Vesuvius Challenge yang sedang berupaya mencari daftar keinginan perbaikan bug.

Menciptakan Tantangan Vesuvius berarti membuka lapangan kerja bertahun-tahun bagi tenaga kerja global yang belum diketahui. Parsons memperkirakan lebih dari 1.000 orang telah mengerjakan proyek ini selama hampir satu tahun - sesuatu yang menakutkan sekaligus menarik, katanya.

Bagaimanapun, mahasiswa ilmu komputerlah yang pertama kali menemukan kata "ungu" pada bulan Oktober.

Terus gulir

Meskipun 15 kolom teks lebih banyak dari perkiraan Seales, ini bukanlah akhir dari cerita.

Melihat lebih jauh, Parker dan Parsons membayangkan karya mereka juga dapat menginspirasi bidang lain yang menggunakan pencitraan dimensi.

CT scan dan MRI sudah merupakan alat yang ampuh, namun bagaimana jika masih ada informasi yang tersembunyi dari pandangan dokter yang dapat meningkatkan deteksi tumor dan sejenisnya?

“Ada cara untuk mengubah data tersebut agar lebih mudah diinterpretasikan oleh manusia,” kata Parker.

“Tidak ada alasan untuk memperlambat. Mari kita membaca seluruh perpustakaan,” kata siswa dan anggota tim Luke Farritor.

Dan masih ada teks kuno untuk dibaca. Saat ini, mereka sedang mengerjakan manuskrip abad pertengahan dari Perpustakaan Morgan -- sebuah Injil Koptik yang halaman-halamannya digabungkan. Mereka telah melakukan beberapa CT scan dan sekali lagi mencoba menguraikan apa yang tertulis di dalamnya.

Sasaran jangka pendek untuk tahun 2024 adalah membaca 90% gulungan yang dimulai oleh Nader, Farritor, dan Schilliger. Dan ya, akan ada lebih banyak hadiah uang yang dipertaruhkan.

“Kami sedang merayakannya sekarang, tapi tidak ada alasan untuk memperlambat. Mari kita membaca seluruh perpustakaan!” Farritor mengatakan dalam sebuah pernyataan.

Bagi Parsons, ada sesuatu yang mendalam dalam mengerjakan teks-teks ini dan membayangkan manusia 2.000 tahun lalu yang menulisnya -- orang-orang yang tidak pernah menduga ada orang di tahun 2024 akan begitu tertarik dengan apa yang mereka katakan, dan tentu saja tidak bisa melakukannya. memahami teknologi di balik upaya tersebut. Bahkan saat ini, kebanyakan orang mungkin kesulitan mendefinisikan "pembelajaran mesin".

“Selama ini telah berlalu dan bagian dari perjalanan ini telah sampai pada saya dan layar komputer saya,” kata Parsons. "Itu cukup merendahkan hati."

Setelah bertahun-tahun, Seales menyadari pentingnya garis kemanusiaan itu. Teks-teks kuno berbicara tentang cinta, perang, musik, retorika, puisi -- topik yang masih menjadi topik pembicaraan hingga saat ini. Dan makanan, tentu saja.

“Dialog intelektual dewasa yang terjadi dalam naskah-naskah kuno ini merupakan hal yang sangat manusiawi. Mampu bercerita adalah hal yang sangat manusiawi,” kata Seales.

Seales membayangkan mungkin pada 2.000 tahun yang lalu, ketika semua batasan agama, politik, atau batasan apa pun sudah dilucuti, ada cara untuk menggalang makna menjadi manusia.

“Kita harus membacanya,” kata Seales. “Kita harus mempelajarinya. Kita tidak bisa melupakannya.”