Intelligente Robotertechnik hilft bei der Aufarbeitung der Vergangenheit
Die Rekonstruktion zerbrochener Kunstwerke gehört zu den arbeitsintensivsten Verfahren in der Archäologie. Unzählige Artefakte, von Vasen bis zu Fresken, die bei archäologischen Ausgrabungen zerbrochen werden. Es handelt sich um ein komplexes 3D-Puzzle – ein uraltes Puzzle aus erodierten Oberflächen und Mustern ohne Referenzbild. „Jedes Fragment muss unter strengen konservatorischen Standards mit größter Sorgfalt behandelt werden, da falsche Zusammenfügungen oder übermäßige Manipulationen irreparable Schäden verursachen können“, sagt Marcello Pelillo, Professor für Informatik an der Ca’ Foscari Universität Venedig. „Die Kombination aus Unsicherheit, Fragilität und der schieren Anzahl an Fragmenten bedeutet, dass die manuelle Rekonstruktion Monate oder sogar Jahre sorgfältiger Arbeit in Anspruch nehmen kann.“ Das EU-finanzierte Projekt RePAIR(öffnet in neuem Fenster) verfolgte einen neuen Ansatz: den Einsatz eines intelligenten Robotersystems in Kombination mit künstlicher Intelligenz (KI), um zerbrochene Artefakte autonom zu verarbeiten, zuzuordnen und physisch zusammenzusetzen. Das System wurde an ikonischen Fallstudien aus Pompeji getestet, um zwei weltberühmte Fresken zu restaurieren, die in Tausende von Teilen zerbrochen waren.
Fragmentierte Kunstwerke rekonstruieren
Im Rahmen des RePAIR-Projekts wurde ein integriertes System entwickelt, das tragbare 3D-Digitalisierung, künstliche Intelligenz und eine Zweiarm-Roboterplattform kombiniert, um die Rekonstruktion fragmentierter Kunstwerke zu unterstützen. Die Fragmente wurden zunächst vor Ort mit einer speziellen Erfassungseinrichtung gescannt, um genaue 3D- und Farbmodelle zu erstellen. KI-Algorithmen analysieren dann die Geometrie, Oberflächenmerkmale und Dekorationsmuster, um mögliche Übereinstimmungen vorzuschlagen, wobei Archäologen und Restauratoren den Prozess validieren und anleiten. „Sobald eine Rekonstruktionshypothese definiert ist, kann ein Robotersystem, das mit weichen Greifern und visuellen Sensoren ausgestattet ist, beim vorsichtigen Handhaben und Positionieren der Fragmente unterstützen“, erklärt Pelillo. Der Prototyp wurde im Archäologischen Park von Pompeji getestet, unter anderem mit Freskenfragmenten aus dem Haus der Maler bei der Arbeit(öffnet in neuem Fenster) sowie der Schola Armaturarum(öffnet in neuem Fenster).
Reduzierung des menschlichen Einsatzes bei gleichzeitiger Beibehaltung von Sachverständigen im Zentrum
Eines der wichtigsten Ergebnisse des Projekts war die Demonstration eines End-to-End-Workflows – Digitalisierung, KI-gestützte Zuordnung und robotergestützte Unterstützung –, der in einem realen Kulturerbe-Kontext effektiv eingesetzt werden kann. Das Projekt hat gezeigt, dass die Technologie den Zeitaufwand für die Analyse und Organisation von Fragmenten verringern kann, wobei die Fachleute weiterhin im Mittelpunkt der Entscheidungsfindung stehen. Zu den größten Herausforderungen gehörten der Umgang mit der Zerbrechlichkeit des Materials, der Umgang mit unvollständigen oder stark degradierten Fragmenten und der Umgang mit der inhärenten Unsicherheit archäologischer Rekonstruktionen, bei denen nicht alle Teile verfügbar sind und nicht alle Lösungen endgültig sind. „Die Gewährleistung einer sicheren robotischen Manipulation und einer sinnvollen menschlichen Aufsicht waren zentrale technische und ethische Überlegungen“, merkt Pelillo an.
Auf dem Weg zu einer zunehmend automatisierten Archäologie
Das RePAIR-Team sieht die Technologie nicht als Ersatz für menschliche Restauratoren und Archäologen, sondern als unterstützendes Instrument, das mit Hilfe von KI dabei helfen kann, große Datenmengen zu verarbeiten und Rekonstruktionshypothesen schneller vorzuschlagen als manuelle Methoden allein. Die Robotik hilft außerdem bei sich wiederholenden oder körperlich anstrengenden Handhabungsaufgaben und beschleunigt den Wiederaufbauprozess. „Die Interpretation, Validierung und ethische Verantwortung bleiben jedoch fest in menschlicher Hand“, fügt Pelillo hinzu. „Allgemeiner betrachtet sind KI und Robotik Teil einer umfassenderen digitalen Transformation in der Archäologie, in der fortschrittliche Dokumentation, Datenanalyse und automatisierte Unterstützung zunehmend in Forschungs- und Konservierungsprozesse integriert werden.“ Die Forschenden setzen ihre Arbeit fort, indem sie die Algorithmen verfeinern, die Möglichkeiten der Roboterhandhabung verbessern und Anwendungen für andere Arten von fragmentierten Kulturgütern erforschen. „Weitere Kooperationen und Versuche sollen die Methodik auf neue Fallstudien und Kontexte ausweiten, mit dem Ziel, diese Werkzeuge stärker in die Konservierungspraxis zu integrieren und groß angelegte Rekonstruktionsprojekte künftig besser realisierbar zu machen“, sagt Pelillo.