現代技術成功閱讀了被火山爆發淹沒的碳化紙卷

維蘇威火山挑戰賽（Vesuvius Challenge）周一（2/5）頒發了70萬美元予由Youssef Nader、Luke Farritor及 Julian Schilliger所組成的團隊，因為他們利用電腦視覺與機器學習技術，成功地辨識了2000年前遭維蘇威火山爆發淹沒，且已碳化的赫庫蘭尼姆紙莎草紙卷（Herculaneum Papyri）中的4個段落，以及每個段落中的140個字元。

Herculaneum Papyri指的是在羅馬古城赫庫蘭尼姆（Herculaneum）一棟別墅中所發現的逾1,800卷莎草紙（Papyri）卷軸，該別墅在西元79年因維蘇威火山爆發而整個被吞沒，人們一直到18世紀才發現這個被熱泥與灰燼所掩埋的別墅，以及別墅中的大量莎草紙卷軸，之後該建築亦因此被直接命名為莎草紙別墅（Villa of the Papyri）。維蘇威火山挑戰賽鎖定的是存放在義大利圖書館中的800多個卷軸。

這些卷軸皆已碳化，而且非常脆弱，當科學家們企圖以物理方式將它們打開時，往往直接使它們化為塵土。

維蘇威火山挑戰賽的發想始於2019年，當時肯塔基大學教育實驗室的教授Brent Seales於一個粒子加速器中對赫庫蘭尼姆卷軸進行成像，生成解析度達4 μm 的3D CT掃描。該團隊也掃描並拍攝了帶有可見墨水的卷軸碎片，Seales的學生Stephen Parsons成功地利用機器學習模型偵測到碎片中的墨水，引起科技企業家Nat Friedman與Daniel Gross的注意，而在2023年3月發起維蘇威火山挑戰賽，獎賞任何開發相關工具、技術或發現結果的研究人員。

2023年8月，JPL創辦人Casey Handmer透過持續數小時地觀察3D CT掃描作品，發現卷軸中有著看起來像是墨水的裂紋圖案，並聲稱已經碳化的卷軸中藏著一封信。

接著一名大學生Luke Farritor則開始在閒暇時訓練一個關於裂紋模式的機器學習模型，且模型能力會隨著每一個裂紋的發現而自動精進，再以可見的數十個墨水痕跡與完整字母進行訓練，最終得到了該挑戰賽的「首批字母獎」（First Letters Prize），贏得4萬美元獎金。此一獎項要求參賽者必須在4平方公分的範圍內找到至少10個字母，Farritor找到的是ΠΟΡΦΥΡΑΣ ，是古文的紫色（Porphyras）。

圖片來源／Nat Friedman

另一名生物機器人研究生Youssef Nader採用不同的方法，他改善Parsons用在碎片中的機器學習方法，利用領域移轉技術以讓相關模型適用於卷軸，針對卷軸資料進行無監督預訓練，再針對標籤進行微調；Nader還設法找到了字母，並於標籤資料中註釋了看起來像是字母的圖像，不斷地重複進行使得卷軸內產生許多片段的推測性標籤，用不同的方法在同樣的區域找到了一致的ΠΟΡΦΥΡΑΣ，亦替他帶來了1萬美元的獎金。

隨後大會亦決定頒發1萬美元獎金予激發選手靈感的Handmer。

維蘇威火山挑戰賽是以眾包及累積的方式持續進行著，其中的一項大獎高達70萬美元，要求參賽者必須找出4個段落，每個段落至少140個字元，且有85%的字元是可恢復的，在有了先前的經驗之後，曾獲得3項分割工具獎（Segmentation Tooling Prizes）的Julian Schilliger與兩名得到首批字母獎的Farritor及Nader共同組成了超級團隊，透過3個不同卻相互支援的模型，成功辨識出卷軸中的逾2,000個字元，在超乎標準的情況下拿下了大獎。

迄今該挑戰賽的第一階段已成功展開並閱讀了第一卷的5%內容，內容與音樂、感官及快樂有關。簡單地說，此一進展來自於掃描、分割（偵測紙卷中的皺褶並將它們展開或壓平），與墨跡檢測。

圖片來源／Vesuvius Challenge官方網站

在宣布第一階段大獎得主的同時，該挑戰賽亦宣布將邁入第二階段，指出現階段每平方公分花費了超過100萬美元來製作目前可閱讀的文本，若依照此一價格，分割所有卷軸將耗資數億甚至數十億美元，因此接下來將專注於自動化，第二階段的主要目標便是完善自動分割。

維蘇威火山挑戰賽表示，它們在第一階段從一個碳塊中提取了15列從未見過的文本，現在已具備相對成熟的技術，得以虛擬展開莎草紙捲軸並使用機器學習來識別墨水，今年的新目標是從一個捲軸的5%增加到掃描的所有4個卷軸的90%，以替閱讀800個卷軸奠定基礎。