Áp dụng công nghệ cao trong ngành khoa học khảo cổ cổ đại

Bằng nhiều cách, ngành khảo cổ vẫn được tiến hành như cách thức mà nó vẫn diễn ra trong nhiều thế kỉ qua. Một nhóm khảo cổ đơn lẻ có thể phải làm việc tại một địa điểm đào bới nào đó trong vòng 40 năm, cẩn thận khai quật, nghiên cứu, bảo quản và ghi lại những phát hiện của mình mà họ hầu như không làm trầy xước bề mặt.

Nhưng vào năm 2119, toàn bộ hoạt động có thể sẽ hoàn toàn khác đi. Các công nghệ nổi bật có thể sớm cho phép chúng ta khai quật toàn bộ địa điểm trong vòng một giờ, mà hầu như không làm xáo trộn một mét vuông đất trong quá trình này.

Hãy tưởng tượng một gò đất rộng 500 mét vuông với các phần của hệ thống tường cổ có thể nhìn thấy được trong lòng đất. Thay vì có một đội ngũ các nhà khảo cổ cẩn thận phủi bụi và bỏ các mảnh vỡ vụn để ghi chép và phân tích địa điểm cổ đại này trong nhiều thập kỷ, hãy tưởng tượng một hạm đội máy bay không người lái được trang bị thiết bị LIDAR, hồng ngoại và hệ thống cảm biến siêu âm bay qua gò đất để phát hiện kiến trúc dưới mặt đất với độ chính xác cao chỉ trong vài phút. Một kĩ thuật viên đọc các hình ảnh 3D được tạo ra bởi bản scan sẽ thấy rõ các điểm của khu vực tang lễ, hành chính, dân cư và nhà xưởng được chôn sâu dưới đất ngay trước mặt. Sự phân chia màu sắc trên màn hình sẽ chỉ ra các giai đoạn xây dựng sớm và muộn hơn, so sánh các tòa nhà với cơ sở dữ liệu nội bộ của hàng ngàn trường hợp khác nhau.

Một phi đội máy bay không người lái khác sau đó sẽ đáp cách nhau khoảng một mét trên khắp địa điểm, khoan lỗ bằng tia laser mạnh và bắn các đầu dò bút chì rộng khoảng 7 mét xuống đất. Sóng siêu âm từ các đầu dò này sẽ đọc để tạo ra các mô hình hoàn chỉnh của cấu trúc, vật thể được chôn dưới địa điểm này.

Những robot thu nhỏ sau đó sẽ đào sâu xuống “điểm nóng” để thu thập mẫu vật như xương để làm xét nghiệm DNA. Chúng sẽ scan và gửi hình ảnh trở lại trên mặt đất, bằng cách này các vật chất cổ sẽ không bị xáo trộn.

Một máy tính sẽ phân tích lịch sử của địa điểm này dựa trên những thông số đầu vào:

“Địa điểm này được chiếm đóng vào năm 3225 trước công nguyên, với khoảng 200 người sinh sống tại đây. Sau đó mở rộng thành thành phố nhỏ vào khoảng năm 2000 đến 2478 trước công nguyên. Sự mổ rộng lãnh thổ dựa trên việc dòng sông thay đổi, cùng với việc gia tăng giao thương hàng hóa quốc tế và là bằng chứng của một giai cấp thống trị giàu có.

Năm 2310 trước Công nguyên, thủ lĩnh thành lập đội quân độc lập và giành quyền kiểm soát.

Một cơn hạn hán cách đây 4300 năm đã gây ra tình trạng bỏ hoang quy mô lớn trong khu vực này.

Đến năm 1800 trước công nguyên, một thị trấn khoảng 500 người lại xuất hiện trở lại với một người cai quản địa phương. Sau đó là thời kỳ đói kém, bệnh tật và tất cả bị thiêu rụi vào khoảng năm 1177 trước công nguyên.

Với việc xây dựng đường chủ đạo có thu phí, khu vực này có hơn 2,000 người sinh sống trong thời kỳ La Mã.

Chiến tranh đã tàn sát hết những người đàn ông trẻ tuổi đến tuổi trung niên vào khoảng năm 146 sau Công nguyên, bằng chứng là sự thiếu cân đối trong số lượng hài cốt của phụ nữ và trẻ em. Có thể tất cả bọn họ đã bị bắt làm nô lệ”

Tất cả những điều này có thể được làm trong vòng khoảng một giờ, sau đó máy in 3D có thể tái tạo lại các kho báu được tìm thấy qua bản scan – bằng vàng, ngọc lưu ly hay bất cứ chất liệu phù hợp với thời đại nào khác.

Hiểu rõ một khu vực trong vòng một giờ rõ ràng là giống với tưởng tượng hơn thực tế, những các nhà khảo cổ học đã sử dụng các công nghệ mà vài thế hệ đã bỏ qua chúng để thực hiện nhiệm vụ tương lai này. Những công nghệ này có thể không được thu nhỏ, hoặc như di động hoặc có số lượng cảm biến cần thiết được gắn vào, nhưng nghĩ về việc các công nghệ chúng ta sử dụng ngày nay đã phát triển nhanh và nhiều thế nào, tôi có thể cảm nhận được thế giới của năm 2119 đang tới gần.

Đã có các công cụ viễn thám được gắn vào bất cứ thứ gì chúng ta có thể đưa lên khỏi mặt đất, từ vệ tinh đến máy bay trực thăng hay máy bay không người lái. Máy bay không người lái điển hình được sử dụng cho khảo cổ học có đường kính khoảng 50cm, nhưng công nghệ này ngày càng nhỏ hơn nữa. Trước năm 2015, khối lượng của thiết bị viễn thám càng nặng thì máy bay không người lái càng lớn và đôi khi bạn phải sử dụng cả máy bay hoặc máy bay trực thăng. Giờ đây, một máy bay không người lái tiêu chuẩn có thể dễ dàng nâng hệ thống LIDAR và camera hồng ngoại hay camera siêu nhạy. Tất cả các công nghệ này đã được thu nhỏ đáng kể trong thập kỉ qua: một camera hồng ngoại tốt giờ đây có cùng kích thước với điện thoại thông minh. Có các phiên bản thu nhỏ hoàn toàn bằng lòng bàn tay của máy bay không người lái trong một trăm năm kể từ bây giờ có vẻ không còn là điều tưởng tượng nữa.

Hình ảnh siêu âm là chân trời thú vị khác cho viễn thám khảo cổ. Máy quang phổ cầm tay (thường được sử dụng bởi các nhà địa chất những vẫn khá mới mẻ đối với các nhà khảo cổ học) có thể đo được chữ kí quang phổ của bất kì vật liệu nào dựa trên cấu trúc hóa học của nó. Khi các đặc tính bị chôn vùi trong khu vực bị xuống cấp, chúng giải phóng ra những mảnh vật liệu xây dựng nhỏ, từ từ hòa trộn với tầng phía trên. Dù điều này có thể không nhìn thấy được bằng mắt thường, chúng ta có thể ánh xạ những thay đổi này – được làm nổi bật bởi lượng mưa – bằng cách sử dụng dữ liệu hồng ngoại. Điều này cho phép chúng ta xác định vị trí phác thảo của các tòa nhà xây bằng gạch bùn hay nền móng định cư.

Dữ liệu siêu âm cũng có thể cho phép các nhà khảo cổ xác định các khu vực hoạt động riêng biệt trên khu vực khảo cổ. Ví dụ như việc sản xuất gốm hay kim loại đòi hỏi phải được nung đốt trong nhiệt độ cao sẽ để lại dư lượng hóa chất rõ ràng chỉ ra đó là khu vực công nghiệp. Hàm lượng xương cao trong các nghĩa trang có thể làm thay đổi hàm lượng khoáng chất trong đất và tạo ra các mảnh vỡ có thể nhìn thấy được trên mặt đất, sẽ tạo ra các chữ kí quang phổ khác nhau.

Mặc dù bối cảnh khoa học viễn tưởng đang đòi hỏi rất nhiều tính năng quét tại chỗ để phân tích các tài liệu giấy cuộn nhưng những tiến bộ lớn trong việc quét các văn bản và tác phẩm nghệ thuật cổ đã hình thành. Các nhà khoa học hiện sử dụng tia laser để làm sạch than muội khỏi các bức tường lăng mộ và làm sống lại các bức tranh tuyệt đẹp. Các hình ảnh tia X tương phản pha thậm chí có thể tái tạo lại các cuộn giấy cổ bị cháy từ khu vực Herculaneum của Ý, người anh em ít nổi tiếng nhưng thậm chí còn hấp dẫn hơn Pompeii, bị phá hủy bởi cùng một vụ phun trào núi lửa của đỉnh núi Vesuvius năm 79 sau Công nguyên. Các cuộn giấy cổ quá mỏng manh để mở ra và đọc nhưng công nghệ này có thể chọn ra các từ và chữ cái ẩn trong các tờ giấy bằng cói. Mặc dù cho đến nay, các tờ giấy vẫn chỉ là bằng chứng cho các khái niệm, nhưng các chuyên gia tin rằng họ sẽ sớm đọc được toàn bộ văn bản trên giấy.

Chúng ta dường như còn cách xa hàng năm ánh sáng từ các robot đào bới nhỏ bé có khả năng khai quật và quét 3D được mô tả trong lý thuyết này. Nhưng nếu DARPA, Cơ quan Dự Án Nghiên cứu nâng cao Quốc phòng Hoa kỳ, có thể phát triển các robot nhỏ bé để nhìn xuyên qua các tòa nhà, tôi tin các robot nhỏ bé này trong tương lai không chỉ làm công việc đào bới hiện trường mà còn có thể quét các đặc tính dưới bề mặt đất mà không làm ảnh hưởng đến di tích cổ xưa.

Và vì các robot đào bới ở dưới đất, nên dĩ nhiên rất hợp lý, nếu chúng thu thập mẫu vật để làm xét nghiệm hóa học và DNA. Xét nghiệm DNA trong khảo cổ đã trở nên phát triển đến mức các bệnh tật cụ thể có thể phân lập bằng cách lấy mẫu từ mảng bám răng của người cổ đại. Những khám phá gần đây bao gồm màu da của người mà chỉ còn là bộ xương 10,000 năm tuổi. Lĩnh vực y khoa có bước phát triển nhảy vọt thì tiềm năng xác định người cổ đại xuất hiện và lịch sử vật lý cũng như tạo ra dòng dõi có khả năng tồn tại hàng trăm ngàn năm.

“Nếu bạn có thể nhập tất cả dữ liệu từ một khu vực và ngay lập tức so sánh từng tòa nhà, đối tượng, xương và công nghệ chính với các khu vực tương tự khác, việc vẽ bức tranh hoàn chỉnh là trong tầm tay”

Chúng ta cũng đang tiến gần hơn đến học máy cần thiết để tổng hợp các phát hiện tại địa điểm khai quật giả tạo này. Vào lúc sắp kết thúc công việc, điều làm tiêu tốn nhiều thời gian của các nhà khảo cổ nhất chính là tìm kiếm các địa điểm đã được khám phá để chứng minh hoặc giải thích các phát hiện của họ. Sẽ rất tuyệt nếu có một cỗ máy làm việc đó cho bạn. Công cụ tìm kiếm như Google Ngram Viewer có thể tìm kiếm dữ liệu từ hàng triệu quyển sách chỉ để tìm ra phiên bản đầu tiên của từ hoặc mẫu sử dụng. Các nguyên tắc phần mềm tương tự cũng có thể được áp dụng để tìm bất cứ thứ gì “giống” các thứ khác, từ kế hoạch thành phố, các tòa nhà, các bức tường cho đến các đồ tạo tác bí ẩn. Nếu máy móc biết vật liệu, hình dáng, kích thước và công nghệ, nó có thể dễ dàng tìm ra sự tương đồng giữa các đối tượng trong cơ sở dữ liệu. Việc so sánh nhanh hơn so với suy nghĩ cũng có thể giúp tạo ra các bản dựng lại cấu trúc 3D hoàn thiện của khu vực hoặc đối tượng dựa trên các ví dụ đã được khai quật ở khắp các nơi khác.

Công việc của chúng tôi kết thúc với phân tích khu vực từ máy tính với đầy đủ lịch sử với độ tin cậy cao. Đây có thể là phần bạn khó tin nhất. Các nhà khảo cổ cần phải mất hàng thập kỉ để mài giũa các kĩ năng khảo cổ và kĩ năng diễn giải để khi đến tuổi trung niên, chúng tôi có thể đưa ra các thông báo rộng rãi to lớn. Một giám đốc khảo cổ có thể viết một cuốn sách về khu vực bà đã làm việc ở đó 30 đến 40 năm, chỉ để thấy hầu hết các lý thuyết của bà ta bị các sinh viên của mình phản bác lại 10 năm sau. Đó là tất cả những gì có thể xảy ra.

Nhưng nếu bạn có tất cả các dữ liệu đại diện cho hàng trăm năm làm khảo cổ và các công việc trong phòng thí nghiệm với thời gian tương đương, mà các robot giả lập này thu thập được thì tôi không hiểu tại sao không thể tổng hợp kết quả được ngay lập tức. Với các bộ dữ liệu từ các khu vực đơn lẻ, chúng ta cần sức mạnh tính toán rất lớn trong ngày để phân tích đầy đủ, không phải là năm năm, mà ít nhất 100 năm. Nếu bạn có thể nhập tất cả dữ liệu từ một khu vực và ngay lập tức so sánh từng tòa nhà, đối tượng, xương và công nghệ chính với các khu vực tương tự khác, việc vẽ bức tranh hoàn chỉnh là trong tầm tay.

Trong tương lai, thay vì một nhóm khảo cổ 20 người công với lực lượng lao động địa phương và nhiều năm làm việc, một đội quân robot được điều khiển bởi khoảng 20 kĩ thuật viên có thể khám phá 100 địa điểm trở lên trong vòng 1 ngày. Khám phá vật lý, vừa tuyệt vời vừa thú vị, có thể được thực hiện hiệu quả hơn nhiều bởi các robot đại diện.

Anh Học