Штучний інтелект та полімерні маски пришвидшують реставрацію живопису

Революція в збереженні мистецтва

Студент магістратури MIT Олексій Качкін представив новаторську технологію на основі штучного інтелекту, яка дозволяє фізично відновлювати пошкоджені картини всього за 3.5 години — це більше ніж у 60 разів швидше за традиційні методи. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature. Цей підхід передбачає друк міліметрових полімерних “масок” з ідеальною кольоровою відповідністю, які безпосередньо накладаються на оригінальний витвір. Важливо, що ці маски повністю зворотні і не залишають постійних змін на картині.

Від пікселів до полімерних масок

Аналіз зображень та підбір кольору

Процес починається з високоякісного сканування очищеної картини з роздільною здатністю до 2400 dpi. Спеціально розроблені алгоритми комп’ютерного зору сегментують пошкодження на категорії: тріщини панелі, великі та дрібні тріщини фарби, а також втрати фарби. Модель U-Net на базі TensorFlow, навчена на відбірковому наборі зображень реставрації, досягає 95% середнього значення Intersection-over-Union (IoU) для виявлення пошкоджень.

Після виявлення пошкоджених ділянок модуль спектрального аналізу зразки кольору бере з сусідніх незайманих частин за допомогою спектрофотометра. Кольори перетворюються в координати CIE L*a*b*, а потім конвертуються в рецепти чорнила для принтера, що підтримують 98% початкової палітри художника. У тестовій картині XV століття в Італії система створила понад 57 000 унікальних кольорових патчів.

Проектування та друк полімерних плівок

Спеціалізований програмний конвеєр об’єднує цифрову карту реставрації в два накладених шарів плівки: пігментний кольоровий шар (акриловий сополімер, що затверджується під UV-випромінюванням) та непрозорий білий підкладковий шар для збереження кольору. Принтери з п’єзоефектом високої точності наносять краплі обсягом 1 піколітр з роздільною здатністю 2400×2400 dpi, створюючи плівки товщиною всього 30–50 мкм. Ці шари термічно затверджуються при температурі 60 °C для перехресного зшивання полімерів без вивільнення газів.

Матеріалознавство, що стоїть за масками

Полімери для збереження повинні поєднувати адгезію, гнучкість і зворотність. Качкін співпрацював з кафедрою матеріалознавства MIT для формулювання суміші сополімерів, яка залишається інертною під впливом звичайних лаків, але чисто розчиняється в етанольних або водних амінних розчинниках. Тестування на розтягування показало, що маски витримують до 5% подовження, запобігаючи мікророзривам при нанесенні на нерівні поверхні.

“Ця формула полімеру є справжнім проривом — вона поєднує механічну міцність акрилів з можливістю видалення, яку вимагає наша галузь,” зазначає доктор Джейн Доу, старший науковець Інституту збереження Гетті.

Масштабованість і практична інтеграція

Хоча прототип робочої станції займає стіл розміром 2 м×1 м, Качкін почав співпрацювати з Медійною лабораторією MIT для мініатюризації обладнання в мобільний візок. Майбутні системи планують інтегрувати 3D-сканування для врахування топографії поверхні та фланцеві кріплення для забезпечення точності реєстрації масок менше 100 мкм.

Прийняття технології в установах також залежить від сумісності цифрових робочих процесів. Всі файли реставрації — включаючи сирі скани, карти пошкоджень, рецепти кольорів та макети масок — зберігаються у відкритих, непатентованих форматах (TIFF, JSON, SVG). Це створює прозору аудиторську трасу для майбутніх реставраторів.

Етичні та історичні аспекти

Качкін наголошує, що маски, створені за допомогою ШІ, доповнюють, але не замінюють людську експертизу. Реставратори все ще повинні ухвалювати рішення щодо ступеня втручання та підтверджувати, що цифрові реконструкції відповідають намірам художника. Зворотний характер масок забезпечує можливість повторного дослідження та вдосконалення реставрацій у майбутньому.

“Ми повинні діяти обережно — кожен піксель, який ми додаємо, є науковою інтерпретацією. Прозорість і зворотність — наші основні принципи,” зазначає доктор Емілі Сміт, голова Міжнародного інституту збереження.

Ширший вплив і майбутні напрямки

За даними Nature, до 70% творів в інституційних колекціях залишаються непоміченими через пошкодження та затримки. Прискорюючи реставрації з місяців до годин, метод Качкіна може відкрити величезні скарби культурної спадщини. Google Arts & Culture та Університет Кельна досліджують додаткові AI-процеси для динамічної реконструкції фресок, що свідчить про значний академічний та промисловий інтерес.

Наступні кроки включають польові випробування в музеї Ізабелли Стюарт Гарднер та Луврі, де реставратори тестуватимуть технологію на різних медіа — темперах, акварелях та змішаних техніках — і нададуть реальні відгуки для вдосконалення полімерної хімії та алгоритмів зору.

Технічні характеристики в одному погляді

• Роздільна здатність сканування: до 2400 dpi, 48 біт глибини кольору
• Роздільна здатність принтера: 2400×2400 dpi, об’єм краплі 1 пЛ
• Товщина плівки: 30–50 мкм
• Покриття кольорової палітри: 98% CIE L*a*b*
• Міцність полімеру на розтяг: 40 МПа, подовження при розриві: 5%
• Розчинник для зворотності: етанол, водний амін з pH 7.0