ロボットの助けを借りれば、考古学者はまもなく、実験で得られた何千もの参照サンプルのデータと自らの発見を比較し、石器時代に道具がどのように使われたかを特定できるようになるかもしれない。ETHの研究者たちはロボットシステムを開発し、ハノーバーの産業見本市で発表した。
ラドゥ・イオヴィタは考古学者だ。学生時代、考古学遺跡で見つかった石器のレプリカを使い、動物の皮を何時間も削っていたことをよく覚えている。わずかな小遣いを稼ぐためだった。顕微鏡で摩耗痕を分析し、考古学者は何千年も前に道具がどう使われたかを解明しようとする。「使用痕分析」として知られるこの手法は、今日の実験考古学で標準的に用いられている。
「手作業による使用痕分析は非常に時間がかかり、道具を使う力やその位置といった要因を制御できません」とイオヴィタは言う。彼はここ数年、条件を制御した実験を行う方法を探し、エアガンを使って石器時代の槍先に生じた衝撃関連の破損を制御条件下で検証するシステムで、初めて成果を上げた。
考古学者とロボット工学者の協働
しかし考古学者は、あらゆる道具とその用途を体系的に調べるとともに、可能な限り自動化する方法を探していた。現在、ドイツのノイヴィートにあるモンレポス研究センター（RGZM・ライプニッツ考古学研究所）の研究者であるイオヴィタは、チューリヒ工科大学のロボティクス・知能システム研究所の教授、ヨナス・ブクリを思い出した。10年前、複雑系に関するサマースクールで知り合った人物だ。ブクリ教授は、測定を標準化するためにロボットを使って考古学研究を自動化するというイオヴィタの構想に、当初から感銘を受けた。
当時、ブクリの大学院生だったヨハネス・プフレギングは、石器のレプリカにセンサーを取り付けた。イオヴィタが学生時代に行ったのと同じように、プフレギングも動物の皮を削ったが、違いがあった。動きと加えた力がコンピューターに記録されたのだ。その結果、センサーから得られるデータが、実験を後日再現し比較するために重要であることを示す証拠が得られた。しかし、使用痕分析には依然として時間がかかった。
幸運にも、ロボットメーカーのクーカ社が、革新的な研究プロジェクトで力制御機能付き軽量ロボットを利用できるイノベーション賞を発表したばかりだった。これらのロボットは可搬重量に比べて非常に軽く、検知した抵抗に応じて、数ミリ秒以内に加える力を調整できる。
完全自動分析を実現するロボットアーム
昨年12月以来、クーカ製ロボットの一台がブクリの研究室に置かれている。現在博士課程の学生であるプフレギングは、7自由度を備えた灰色のロボットアームを木製の台に固定した。アームの先端にはプラスチック製のアダプターがあり、そこには石器のレプリカを接着した木片が取り付けられている。プフレギングが自作のコンピュータープログラムを起動すると、アームは石器を使い、台に固定された革を削り始める。数回削った後、アームは下に曲がり、道具を台上の隣にある顕微鏡の下へ運ぶ。石器を80倍に拡大した画像がプフレギングのコンピューターに表示され、細かな摩耗が見える。
「このようなシステムがあれば、摩耗痕を生じさせる手間のかかる作業だけでなく、レプリカの分析も自動化できます」とブクリは説明する。複数のロボットが道具のレプリカを使って革、石、木を24時間加工し、50回動かすごとに顕微鏡の下へ運んで表面を撮影できる。こうして、データとロボットアームが加えた力を組み合わせれば、特定の摩耗がどのように生じたかを正確に再構成できる。「こうした分析データを通じて、考古学的に重要な素材とその摩耗パターンに関するあらゆる特徴を収めた大規模データベースを、いつか作成できるでしょう」とブクリは説明する。
古代文明への理解を深める
このような幅広い比較は、考古学や古人類学における知識の創出を加速させる可能性がある。考古学的発掘で見つかった石器遺物ごとに、研究者は顕微鏡画像を世界中の使用痕実験から得られた何千もの記録と比較し、その道具がかつてどのように使われたかを推定できる。
「これまで考古学では、主に物の形態を研究してきました」とイオヴィタは言う。「しかし、道具が何に使われたかが分かって初めて、文化について推論できます」。今日では、先史時代における人類の進化的発展は、道具の使い方や使用に必要な認知能力から推定できるとも一般に考えられている。とりわけ、現在から300万年前から5万年前までの時期に使われた道具について、科学者たちは依然として手探りの状態だ。
パラダイムシフトが進行中
現在、イオヴィタは同じ専門分野の内側から反対意見を受けている。手作業の実験のほうが過去の現実に近いと考える人もいれば、使用痕分析全般は考古学理論の発展に寄与しないと見る人もいる。イオヴィタは、これは主に考古学者の多くが人文科学を専門としており、工学の世界に詳しくないためだと考えている。「しかし今、世代交代とパラダイムシフトが進んでいます」と彼は考える。「自動分析への関心は高まり、関連技術を利用できる考古学者も増えています」。
イオヴィタはノイヴィートの研究センターに痕跡研究室を設立する申請を行った。そこで今後2～3年のうちに、ロボットを使った初の使用痕分析が実施される予定だ。ブクリとプフレギングは、ハノーバーの産業見本市で開催されたクーカ・イノベーション賞の一環として、専門家にロボットシステムを発表した。次に、考古学での使用により適し、従来の力制御付き軽量ロボットより安価な試作機を研究室で開発する。「10年後には、ロボットによる分析が考古学の標準になっているでしょう」とブクリは予測する。「その手法が標準化され、装置が適切に校正されるため、研究成果を初めて真に比較できるようになります」。
この記事は チューリヒ工科大学との協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味しません。
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著者：サミュエル・シュレーフリはチューリヒ工科大学のライター。
画像：産業見本市に登場したロボット。REUTERS/Morris Mac Matzen。
