AI đọc được cuộn giấy cổ Herculaneum bằng cách học nhận ra vết mực trên ảnh chụp cắt lớp của những cuộn giấy đã cháy thành than, để các nhà nghiên cứu đọc chữ mà không phải mở cuộn ra. Những cuộn giấy cói này bị vùi trong trận phun trào của núi lửa Vesuvius năm 79, cùng lúc với thành Pompeii. Năm 2023, những chữ Hy Lạp đầu tiên từ bên trong một cuộn chưa mở đã hiện ra trên màn hình nhờ cách làm kết hợp máy chụp, phần mềm và học máy.
Câu chuyện này đáng kể không chỉ vì kết quả mà vì cách làm: một cuộc thi mở, sinh viên và kỹ sư khắp nơi cùng làm trên dữ liệu chung, và các nhà nghiên cứu văn bản cổ là người kiểm cuối cùng. Bài này đi qua từng khâu, chỗ AI giúp thật, chỗ còn khó, và bài học cho người làm khoa học ở bất cứ ngành nào.
Thư viện cháy thành than dưới chân núi lửa
Herculaneum là một thị trấn La Mã ven vịnh Napoli. Khi Vesuvius phun trào năm 79, dòng khí nóng và vật liệu núi lửa vùi lấp thị trấn dưới nhiều lớp dày. Trong một biệt thự lớn ở đây có một thư viện gồm hàng trăm cuộn giấy cói. Nhiệt độ cao không đốt chúng thành tro mà biến chúng thành những khối than đen, giòn, cuộn chặt, trông giống khúc gỗ cháy hơn là sách.
Thế kỷ mười tám, khi khai quật biệt thự, người ta tìm thấy các cuộn này và tìm cách mở ra. Nhiều phương pháp đã được thử, từ cắt đôi đến dùng máy gỡ từng lớp rất chậm. Một số cuộn được mở một phần và đọc được, nhưng nhiều cuộn vỡ vụn trong quá trình đó. Những gì đọc được cho thấy đây chủ yếu là văn bản triết học tiếng Hy Lạp, nhiều phần gắn với trường phái Epicurus.
Hàng trăm cuộn còn lại được giữ nguyên, vì mở ra là có nguy cơ mất vĩnh viễn. Câu hỏi đặt ra suốt hai thế kỷ là: có cách nào đọc bên trong mà không chạm vào không? Câu trả lời chỉ bắt đầu khả thi khi có máy chụp cắt lớp độ phân giải rất cao, phần mềm trải phẳng ảo, và cuối cùng là học máy.
Từ khối than đến chữ đọc được: các khâu chính
Quy trình mà nhóm nghiên cứu và cộng đồng cuộc thi đi theo có thể hình dung thành các bước dưới đây. Mỗi bước có cái khó riêng, và AI chỉ là một phần.
- Chụp cắt lớp: cuộn giấy được chiếu tia X năng lượng cao tại một cơ sở máy gia tốc tạo nguồn sáng synchrotron, cho ra hàng nghìn lát cắt ảnh xếp chồng thành khối ba chiều.
- Tìm bề mặt: trong khối ảnh, xác định đường đi của từng lớp giấy cuộn xoắn, dính, nhăn và có chỗ bị ép bẹp. Khâu này lúc đầu làm gần như bằng tay và rất chậm.
- Trải phẳng ảo: từ bề mặt đã tìm, phần mềm "gỡ" lớp giấy cong thành một tấm ảnh phẳng, giống bóc vỏ cam rồi dàn ra bàn.
- Dò mực: trên tấm ảnh phẳng, mô hình học máy đoán điểm nào có mực, điểm nào chỉ là giấy. Đây là chỗ AI quyết định thành bại.
- Đọc và hiệu đính: các nhà nghiên cứu văn bản cổ đọc chữ Hy Lạp hiện ra, đối chiếu ngữ pháp, từ vựng, phong cách tác giả, và đánh dấu chỗ chưa chắc.
- Công bố và để người khác kiểm: dữ liệu và kết quả được chia sẻ để nhóm khác có thể lặp lại hoặc phản bác.
Trong nhiều năm, nhóm của nhà khoa học máy tính Brent Seales tại Đại học Kentucky theo đuổi ý tưởng trải phẳng ảo này. Trước Herculaneum, nhóm từng đọc được một cuộn da cổ bị cháy tìm thấy ở En-Gedi, nơi mực có chứa kim loại nên hiện rõ trên ảnh tia X. Mực ở Herculaneum thì khó hơn nhiều, vì lý do ở mục sau.
Vì sao mực than gần như vô hình với tia X
Người La Mã viết trên giấy cói bằng mực làm từ muội than trộn chất kết dính. Khi cả cuộn giấy đã hoá than, mực và giấy gần như cùng chất, cùng mật độ. Ảnh chụp cắt lớp vốn phân biệt vật liệu dựa vào việc chúng cản tia X nhiều hay ít, nên mực than không tạo độ tương phản rõ như mực kim loại. Nhìn bằng mắt thường trên ảnh, bạn hầu như không thấy chữ.
Tuy vậy, mực vẫn để lại dấu vết tinh tế. Lớp mực nằm phủ lên bề mặt sợi giấy, làm thay đổi kết cấu một chút; ở một số chỗ, những người tham gia cuộc thi nhận thấy hoa văn nứt nẻ rất nhỏ trùng với nét chữ. Đó là tín hiệu yếu, lẫn trong nhiễu, không theo quy luật đơn giản nào mà người lập trình có thể viết thành luật.
Đây đúng là kiểu bài toán học máy làm tốt: có một tín hiệu thật nhưng mờ, có thể học từ ví dụ. Các mô hình được huấn luyện trên những mảnh giấy đã mở sẵn, nơi người ta chụp được cả ảnh thường lẫn ảnh cắt lớp, nên biết chỗ nào có mực. Sau đó mô hình được dùng trên những cuộn chưa mở để tìm vết tương tự. Cách huấn luyện, chọn mảnh mẫu và kiểm chống "nhìn ra chữ trong nhiễu" là phần kỹ thuật khó nhất.
Cuộc thi mở và những chữ đầu tiên
Một cuộc thi có giải thưởng. Năm 2023, Brent Seales cùng một số nhà đầu tư công nghệ khởi động cuộc thi mang tên Vesuvius Challenge, công bố dữ liệu chụp cắt lớp và mời bất kỳ ai tham gia tìm cách đọc. Các giải nhỏ được đặt cho từng mốc, giải lớn cho việc đọc được đoạn văn dài.
Chữ đầu tiên. Khoảng tháng 10 năm 2023, một sinh viên đại học tham gia cuộc thi tìm ra một từ Hy Lạp được các chuyên gia đọc là "màu tím". Gần như cùng lúc, một nghiên cứu sinh khác cũng tìm ra vùng chữ ở cùng cuộn bằng cách làm của mình. Hai kết quả độc lập khớp nhau là điều làm giới nghiên cứu tin hơn.
Đoạn văn dài. Đầu năm 2024, ban tổ chức công bố một nhóm ba người đoạt giải lớn khi làm hiện ra nhiều cột chữ, đủ để các nhà nghiên cứu văn bản cổ đọc thành những đoạn có nghĩa. Nội dung được cho là bàn về khoái lạc, đúng chủ đề quen thuộc của trường phái Epicurus.
Vai trò của người đọc chữ cổ. Mô hình chỉ cho ra bản đồ "có mực hay không". Biến những vệt sáng ấy thành chữ, thành câu, thành lập luận triết học là việc của các chuyên gia ngôn ngữ cổ. Họ cũng là người nói "chỗ này chưa đủ rõ để đọc".
Còn rất nhiều việc. Đến nay mới chỉ một phần nhỏ của một số cuộn được đọc. Khâu tìm bề mặt và trải phẳng vẫn tốn công, và nhiều cuộn còn chưa được chụp. Bạn nên theo dõi thông báo của nhóm dự án để biết tiến độ mới nhất thay vì tin vào các tin đồn "đã đọc xong cả thư viện".
AI làm gì và con người làm gì trong dự án
Bảng dưới chia lại công việc theo đúng tinh thần của dự án, giúp bạn tránh hai cách nói sai phổ biến: "AI tự đọc cuộn giấy" và "AI chỉ là công cụ phụ".
| Khâu | Phần máy và AI | Phần con người |
|---|---|---|
| Chụp cắt lớp | Máy gia tốc, cảm biến, phần mềm dựng ảnh ba chiều | Bảo quản, vận chuyển cuộn giấy an toàn; chọn thông số chụp |
| Tìm bề mặt | Công cụ bán tự động, dần có mô hình hỗ trợ | Kiểm từng đoạn, sửa chỗ lớp giấy dính hoặc rách |
| Dò mực | Mô hình học máy dự đoán vị trí mực | Thiết kế mẫu huấn luyện, kiểm để mô hình không tự tưởng tượng ra chữ |
| Đọc chữ | Có thể gợi ý chữ cái | Đọc, hiệu đính, so với văn bản đã biết, quyết định cách hiểu |
| Diễn giải | Hầu như không | Đặt văn bản vào bối cảnh lịch sử, triết học |
Một rủi ro mà cả cộng đồng cảnh giác là mô hình "ảo giác" ra hình dạng giống chữ. Vì thế các kết quả được kiểm chéo bằng nhiều phương pháp và nhiều người độc lập trước khi công bố.
AI và những văn bản cổ khác
Herculaneum không phải ví dụ duy nhất. Năm 2022, một nhóm gồm các nhà sử học và nhà nghiên cứu AI công bố trên tạp chí Nature một hệ thống tên Ithaca, giúp khôi phục chữ bị mất trên các bia đá Hy Lạp cổ, đoán niên đại và nơi khắc. Điều đáng chú ý trong báo cáo của nhóm là kết quả tốt nhất đến khi nhà sử học dùng hệ thống như một trợ lý, chứ không phải khi để máy tự làm.
Ở nhiều nước, các thư viện và viện nghiên cứu cũng đang thử nhận dạng chữ viết tay cổ để số hoá kho tư liệu. Ở Việt Nam, kho văn bản Hán Nôm là một ví dụ về tư liệu lớn cần nhiều năm để số hoá, phiên âm và dịch. Công cụ nhận dạng có thể giúp khâu đầu, nhưng hiểu đúng một văn bản cổ vẫn cần người biết chữ, biết lịch sử và biết bối cảnh. Phần chữ viết của các dân tộc có ở trang AI Văn Hoá trong hệ thống.
Nếu bạn là học sinh thích lịch sử và tin học, đây là lĩnh vực giao thoa rất thú vị. Bạn có thể nhờ chatbot giải thích nguyên lý chụp cắt lớp, rồi kiểm lại với sách vật lý; nhưng đừng nhờ nó "dịch" một bức ảnh văn bản cổ rồi tin ngay, vì chatbot dễ bịa nội dung trông hợp lý.
Bài học cho người làm khoa học
Thứ nhất, dữ liệu mở tạo ra người giải bất ngờ. Chữ đầu tiên không đến từ một phòng thí nghiệm lớn mà từ những người trẻ tham gia cuộc thi. Điều đó chỉ xảy ra vì dữ liệu được công bố và bài toán được mô tả rõ.
Thứ hai, AI mạnh nhất khi bài toán có tín hiệu thật và có cách kiểm. Mực than có để lại dấu vết, và có những mảnh giấy đã mở để huấn luyện và đối chiếu. Thiếu một trong hai điều này, mô hình dễ cho ra thứ trông đẹp nhưng không đáng tin.
Thứ ba, chuyên môn truyền thống không mất giá trị. Không có các nhà nghiên cứu văn bản Hy Lạp cổ, những vệt sáng trên màn hình chỉ là hình vẽ. Thứ tư, việc bảo tồn là trên hết: cả dự án sinh ra từ quyết định không mở những cuộn còn lại, dù rất muốn biết bên trong có gì. Đôi khi, kiên nhẫn chờ công cụ tốt hơn chính là lựa chọn khoa học đúng.
Câu hỏi thường gặp
Có cuộn giấy nào ở Herculaneum đã được đọc hết chưa?
Theo thông tin công bố đến nay, các cuộn chưa mở mới chỉ được đọc một phần. Mỗi cuộn dài và cuộn chặt, nhiều đoạn hư hỏng nặng. Dự án vẫn đang chụp thêm và cải tiến công cụ, nên bạn nên theo dõi thông báo chính thức của nhóm để biết tiến độ mới nhất.
Vì sao không dùng ánh sáng thường để đọc mà phải chụp tia X?
Cuộn giấy cuộn chặt, ánh sáng thường không xuyên qua được các lớp bên trong. Tia X đi xuyên qua và cho ảnh từng lát cắt, nhờ đó dựng lại được cấu trúc bên trong mà không phải mở cuộn và gây hư hỏng.
Mô hình AI có thể tự bịa ra chữ không?
Có nguy cơ đó, vì mô hình học hình dạng nét chữ và có thể nhìn thấy chữ trong nhiễu. Để giảm rủi ro, các nhóm kiểm chéo bằng nhiều mô hình khác nhau, so với vùng đã biết, và để chuyên gia ngôn ngữ cổ đánh giá xem chữ có hợp ngữ pháp, ngữ cảnh không.
Herculaneum có liên quan gì đến Pompeii?
Cả hai đều là đô thị La Mã bị vùi trong trận phun trào của núi lửa Vesuvius năm 79. Pompeii nổi tiếng hơn với du khách, còn Herculaneum được giới nghiên cứu chú ý vì nhiều công trình còn giữ được gỗ và đồ hữu cơ, và vì thư viện cuộn giấy cói thường được xem là thư viện cổ đại hiếm hoi còn lại tới nay.
Học sinh có thể tham gia những dự án như vậy không?
Một số dự án khoa học mở cho phép bất kỳ ai tải dữ liệu và thử, nhưng thường cần kỹ năng lập trình, xử lý ảnh và đọc tài liệu tiếng Anh. Học sinh có thể bắt đầu bằng việc học xử lý ảnh cơ bản và theo dõi các dự án khoa học công dân phù hợp lứa tuổi, có thầy cô hướng dẫn.
Chụp cắt lớp cuộn giấy có làm hỏng nó không?
Nhóm nghiên cứu chọn thông số chụp để hạn chế tác động lên vật liệu, và lý do lớn nhất của phương pháp này chính là tránh việc mở cuộn gây vỡ. Mọi thao tác vận chuyển và đặt mẫu đều do người bảo quản chuyên nghiệp thực hiện.