Zwei Roboterarme greifen ein Fragment, das seit fast 2000 Jahren nicht mehr berührt wurde. Vorsichtig setzen sie es an eine Position, die eine KI aus tausenden möglichen Kombinationen berechnet hat.
Im Archäologischen Park Pompeji arbeitet ein robotisches System an einer Aufgabe, an der Menschen scheitern würden: dem Zusammensetzen von Fresken, die in so viele Teile zerbrochen sind, dass eine manuelle Rekonstruktion Jahrzehnte dauern würde.
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Tausende Teile, keine Vorlage
Die Herausforderung unterscheidet sich deutlich vom Puzzle im Kinderzimmer. Denn anders als bei Ravensburger und Co. gibt es für die Scherben aus Pompeji kein Referenzbild, erklärt Prof. Maren Bennewitz von der Universität Bonn. Zudem sind viele Fragmente beschädigt oder fehlen komplett. Die Bruchstücke verschiedener Werke liegen in den Depots durcheinander.
Wie der Pompeji-Roboter arbeitet
Das EU-Projekt RePAIR hat deshalb einen dreistufigen Prozess entwickelt.
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- Zunächst digitalisiert ein 3D-Scan-System jedes Fragment hochauflösend.
- Darauf aufbauend berechnet eine KI mögliche Passungen. Dabei analysiert sie Form, Farbe, Textur und Muster.
- Das eigentliche Zusammensetzen übernimmt dann eine Plattform mit zwei Roboterarmen und weichen Greifhänden, sogenannten SoftHands. Sie können sich unterschiedlichen Formen anpassen und beschädigen dadurch nicht die empfindlichen Oberflächen.
Die gesamte Plattform ist auf einer Aluminium-Werkbank mit Linearführung montiert. So kann sich der Roboter horizontal in die optimale Greifposition für jedes Fragment schieben.
Bonner Algorithmen für präzise Bewegungen
An der Schnittstelle zwischen KI-Kalkulation und physischer Ausführung, also zwischen Schritt 2 und 3, setzt die Arbeit der Universität Bonn an. Das Team um Maren Bennewitz, Professorin für Humanoide Roboter, hat die Bewegungsplanung für die beidhändige Manipulation entwickelt.
„Unsere Algorithmen berechnen für die beiden Roboterarme die Bewegungen, mit denen die Fragmente zuverlässig aufgenommen und vorsichtig an der berechneten Position abgelegt werden“, erklärt ihr Doktorand Nils Dengler.
Er verbrachte für die Integration der Gesamtplattform fünf Wochen in Pompeji. Seine Aufgabe: Sicherstellen, dass die Komponenten der unterschiedlichen Projektpartner nahtlos zusammenarbeiten.
Projekt RePAIR – Eckdaten
- Voller Name: Reconstructing the Past: Artificial Intelligence and Robotics meet Cultural Heritage
- Förderung: 3,5 Mio. € (EU Horizon 2020, Grant Agreement No. 964854)
- Laufzeit: September 2021 – November 2025
- Koordination: Universität Ca‘ Foscari Venedig
- Partner: Italian Institute of Technology (IIT), Archäologischer Park Pompeji, Universität Bonn, Ben-Gurion University of the Negev, Instituto Superior Técnico Lissabon
- Digitalisierte Fragmente: rund 2000
Zerstört vom Vesuv, von Bomben und einem Einsturz
Getestet wurde das System an zwei konkreten Fällen: Fresken aus der Schola Armaturarum sowie an Deckenmalereien aus dem „Haus der Maler bei der Arbeit“. Beide Werke wurden in ihrer Lebenszeit schon drei Mal zerstört: beim Vesuvausbruch 79 n. Chr., während der Bombardierungen im Zweiten Weltkrieg sowie bei einem Gebäudeeinsturz im Jahr 2010.
Kein Wunder, dass sie mittlerweile in tausende Teile fragmentiert sind. Die Bruchstücke lagerten bislang in Magazinen: Für eine Zusammensetzung per Hand waren es zu viele.
Mehr als ein Pompeji-Projekt
Die in dem EU-Projekt entwickelte Technologie lässt sich theoretisch nicht nur in Süditalien anwenden. Weltweit lagern in Museumsdepots Millionen Fragmente von Keramik, Wandmalereien und Architekturteilen, deren Rekonstruktion aus Zeitgründen nie begonnen wurde. Das RePAIR-System kann nun die zeitaufwendigsten Schritte automatisiert übernehmen, sodass die Archäologen und Historikerinnen mehr Zeit für die wissenschaftliche Analyse und Interpretation haben.
„Es ist faszinierend zu sehen, wie Robotik nicht nur in Fabriken oder der Logistik Aufgaben löst, sondern auch beim Erhalt unseres kulturellen Erbes helfen kann“, resümiert Bennewitz. Für das Bonner Team sei das Projekt ein wichtiger Schritt gewesen, seine Robotik-Forschung stärker in gesellschaftlich relevante Anwendungen zu integrieren.
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