Vì sao đốt một cuộn giấy mô phỏng có thể giúp đọc cuộn giấy cổ hóa than?

Một nhóm nghiên cứu tại Berkeley cho viết lên giấy cói, cuộn lại rồi nung thành một khối đen giòn. Cuộn giấy mô phỏng này giúp họ trả lời câu hỏi khó thử trực tiếp trên di vật: chữ viết có thể hiện ra qua nhiều lớp giấy carbon hóa hay không? Kết quả cho thấy mực chứa chì tạo tín hiệu rõ trên ảnh chụp cắt lớp X-quang. Tuy nhiên, cách làm chỉ phát huy lợi thế ấy nếu mực của cuộn giấy cổ thực sự chứa chì. [1]

Vì sao còn nguyên cuộn mà vẫn không thể đọc?

Các cuộn giấy tại Herculaneum bị tro từ núi Vesuvius vùi lấp trong vụ phun trào năm 79. Nhiệt làm giấy cói carbon hóa, trong khi môi trường ít oxy khiến vật liệu không cháy hết thành tro. Văn bản vì thế tồn tại trong những khối sẫm màu, giòn, với nhiều vòng giấy ép sát vào nhau. Kiểu bảo tồn này giữ được cấu trúc cuộn nhưng khiến việc mở bằng tay có thể phá hủy chính phần chữ cần đọc. [1]

Phần lớn nỗ lực mở cuộn bằng phương pháp vật lý sau khi chúng được phát hiện đều tạo ra tro và mảnh vụn, khiến nhà chức trách Italy phải dừng công việc. Khó khăn không chỉ nằm ở độ giòn: mỗi bề mặt viết đã cong, nhăn và biến dạng bên trong một khối nhiều lớp. Muốn đọc mà không bóc cuộn, thiết bị phải ghi được cấu trúc ấy, còn phần mềm phải xác định đúng từng bề mặt trước khi trải chúng thành hình phẳng. [1]

Cuộn giấy mô phỏng giúp thử điều gì?

Douglas Seiler và các cộng sự dùng giấy cói mới, bút sậy cùng mực đen truyền thống để làm mẫu thử. Họ bổ sung những lượng chì đã định trước vào mực, nhờ các học sinh viết lên giấy rồi nung cuộn giấy trong một hộp thép gần kín, chỉ có rất ít oxy. Nhờ biết sẵn nội dung, vị trí nét chữ và thành phần mực, nhóm có thể đối chiếu trực tiếp những gì máy quét và phần mềm nhận ra sau khi mẫu bị carbon hóa. [1]

Mô hình này tách bài toán thành hai phần. Trước hết, ảnh X-quang có thể phân biệt mực chứa chì với nền giấy cháy hay không? Sau đó, thuật toán có lần đúng một lớp giấy giữa các vòng cuộn chặt và trải nó ra được không? Nếu kết quả chưa đạt, nhóm có thể thay đổi cách quét hoặc điều chỉnh phần mềm mà không đặt một cuộn giấy cổ vào rủi ro. Mẫu mô phỏng vì thế là nơi kiểm tra cả tín hiệu vật liệu lẫn quy trình xử lý số. [1]

Vì sao chì làm nét chữ dễ thấy hơn?

Giấy cói carbon hóa và mực làm từ muội đều chứa nhiều carbon. Vì khả năng hấp thụ tia X của chúng gần nhau, nét mực carbon có thể gần như hòa vào nền trên ảnh quét. Máy vẫn ghi được ranh giới giữa các lớp giấy, nhưng phần chữ chỉ để lại những khác biệt rất nhỏ về kết cấu hoặc hình thái bề mặt. Đây là loại tín hiệu mà các phương pháp mở cuộn ảo khác phải tìm bằng xử lý ảnh và học máy. [1]

Chì hấp thụ tia X mạnh hơn nền giấy carbon hóa. Trong thử nghiệm, mực chứa chì có thể hấp thụ tia X cao hơn giấy tới khoảng 25 lần, tạo thành các vùng sáng nổi bật trong dữ liệu chụp cắt lớp. Điều đó không có nghĩa máy tự hiểu ký tự. Chữ chỉ xuất hiện khi các điểm sáng nối thành nét trên cùng một bề mặt và bề mặt ấy được phần mềm dựng đúng. [1]

Có thể hình dung như hai vật cùng màu nhưng phản xạ ánh sáng khác nhau: màu sắc không giúp phân biệt, còn độ tương phản thì có. Với cuộn giấy, khác biệt cần đo là mức hấp thụ tia X. Chì giúp tăng độ tương phản của nét mực, nhưng không giải quyết thay nhiệm vụ xác định nét ấy nằm trên vòng giấy nào trong khối cuộn. [1]

Máy tính mở cuộn giấy ra sao?

Khi chụp cắt lớp, cuộn giấy mô phỏng được xoay trong chùm tia X để thiết bị ghi hàng nghìn lát cắt từ nhiều hướng. Máy tính ghép các lát cắt thành mô hình ba chiều, trong đó những vòng giấy hiện như các bề mặt cong nằm sát nhau. Mực chứa chì tạo các vùng sáng hơn, nhưng hình ảnh ban đầu vẫn là một khối cuộn chứ chưa phải những trang giấy có thể đọc. [1]

Phần mềm sau đó lần theo một bề mặt, thích ứng với độ dày thay đổi và những chỗ không đều, rồi trải bề mặt ấy thành mặt phẳng. Chương trình được dùng trong thử nghiệm vốn phát triển để xử lý các lớp cuộn bên trong pin lithium-ion và đã được điều chỉnh cho giấy cói. Toàn bộ thao tác diễn ra trên dữ liệu số, nên hiện vật không phải chịu lực kéo, ép hoặc bóc lớp. [1]

Hai công đoạn phụ thuộc lẫn nhau. Một tín hiệu mực sáng vẫn có thể bị đặt sai nếu thuật toán chuyển sang vòng giấy kế bên. Ngược lại, bề mặt được trải đúng cũng khó đọc nếu nét mực có độ tương phản quá thấp. Mực chứa chì làm khâu nhận diện chữ thuận lợi hơn, nhưng hình học phức tạp của cuộn giấy vẫn phải được dựng chính xác. [1]

Những cuộn cổ nào có thể phù hợp?

Nhóm nghiên cứu đề xuất dùng máy huỳnh quang tia X cầm tay để sàng lọc chì trước khi chụp cắt lớp chi tiết. Thiết bị có thể phát hiện nguyên tố này mà không cần mở cuộn giấy. Nếu chì hiện diện, hiện vật có thể là ứng viên phù hợp hơn cho lần quét được điều chỉnh nhằm ghi nhận tín hiệu của mực. Bước sàng lọc giúp tập trung thời gian quét và xử lý vào những cuộn có triển vọng tạo độ tương phản rõ. [1]

Một số mảnh giấy cói Tebtunis tại Berkeley, nhìn chung thuộc nhóm được viết sau thế kỷ I, có mực chứa chì hoặc đồng. Chì cũng đã được tìm thấy trong ít nhất một mảnh còn lại từ nỗ lực mở cuộn Herculaneum trước đây. Những trường hợp này cho thấy kim loại có thể xuất hiện trong mực cổ, nhưng chưa cho biết mực chứa chì phổ biến đến mức nào trong phần thư viện Herculaneum còn lại. [1]

Thử nghiệm vì thế chứng minh một khả năng có điều kiện, không phải cách đọc được mọi cuộn giấy. Nếu mực chứa đủ chì, chữ có thể nổi bật trên ảnh chụp cắt lớp và được đưa về mặt phẳng bằng phần mềm. Với mực carbon không chứa chì, tín hiệu vẫn mờ hơn và cần những kỹ thuật nhận diện khác. Cuộn giấy bị đốt trong phòng thí nghiệm giúp xác lập quy trình; thành phần mực của từng cuộn cổ mới quyết định quy trình ấy hữu ích đến đâu. [1]