AI가 고고학에 입문하다! 과학자들은 딥러닝 알고리즘을 사용하여 약 100만년 전 인간이 불을 사용했다는 증거를 발견했으며 PNAS에 게재되었습니다.

불의 사용은 호모 사피엔스 진화의 핵심 요소였습니다. 불은 더 복잡한 도구를 만드는 데 사용되었을 뿐만 아니라 음식을 더 안전하게 만들어 두뇌 발달에도 도움이 되었습니다.

현재까지 전 세계적으로 50만년 전 화재 사용의 증거가 있는 유적지는 남아공의 Wonderwerk 동굴과 Swartkrans, 케냐의 Chesowanja, 이스라엘의 Gesher Benot Ya'aqov, 스페인 Cueva Negra를 포함하여 5곳만 발견되었습니다.

이제 이스라엘 연구팀이 인공지능 알고리즘을 사용해 인간이 불을 사용한 흔적이 보이는 여섯 번째 현장을 발견했습니다! 이 연구는 이스라엘의 후기 구석기 시대 유적지에서 인간이 불을 사용했다는 증거를 보여줍니다. 이번 연구 결과는 저널 PNAS에 게재됐다.

문서 주소: https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2123439119

1 AI가 고고학으로 행진합니다

전통 아치 고대 초기의 생태학적 방법 시간 인간 현장에서 화재 원인을 식별하는 것은 주로 토양이 붉어지는 것, 변색, 뒤틀림, 갈라지는 것, 수축, 어두워지는 것 등과 같은 변형된 퇴적물, 암석 잔해 및 뼈에 대한 시각적 평가에 의존하며, 이는 시간을 과소평가할 수 있습니다. 불의 사용.

이 연구에서 저자 팀은 라만 분광법과 딥 러닝 알고리즘을 기반으로 한 스펙트럼 "온도계"를 개발했습니다. 이는 플린트 유물의 열 노출을 추정하고 극도로 고온으로 왜곡된 재료 구조의 원자를 탐지하는 데 사용됩니다. 화재 사용 흔적의 시각적 특징 부족 가능성을 보완합니다.

연구에 따르면 이스라엘의 초기 구석기 시대 야외 유적지(Evron Quarry)에는 100만년에서 80만년 전의 불에 탄 동물의 유적과 암석 잔해가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다.

캡션: 왼쪽부터 Filipe Natalio, Ido Azuri, Zane Stepka

연구팀은 1976~1977년에 Evron Quarry에서 발굴된 자료를 처음으로 연구했습니다. 토양의 붉어짐, 부싯돌 도구의 변색 또는 갈라짐, 동물 유해의 수축 또는 변색과 같은 열 관련 특징이 발견되었습니다. 팀은 전통적인 데이터 분석 방법, 기계 학습 모델링 및 고급 딥 러닝 모델을 포함한 다양한 방법을 테스트했습니다. 인기 있는 딥 러닝 모델은 다른 모델보다 성능이 뛰어난 특정 아키텍처를 갖추고 있습니다. AI 기술 사용의 이점은 재료의 화학적 구성을 분석하고 이를 사용하여 열 노출을 추정할 수 있다는 것입니다.

AI 기술은 현대의 부싯돌이 연소되었는지 여부를 확실하게 구별할 수 있으며, 연소된 온도도 밝힐 수 있습니다. 불의 열은 주변 돌에 변화를 일으킬 수 있으며, 연소는 적외선 스펙트럼의 변화에 ​​따라 원자 수준에서 뼈 구조를 변화시킬 수 있습니다.

이 연구에서 팀은 석기의 온도를 추정하기 위해 딥러닝 모델(1차원 컨볼루셔널 신경망)을 사용하여 부싯돌 유물의 라만 스펙트럼 패턴을 학습했습니다. 이 모델은 완전 연결된 인공 신경망(FC-ANN)보다 더 나은 성능을 발휘하여 실제 온도와 추정 온도 사이의 평균 절대 오차를 118°C에서 103°C로 줄일 수 있습니다.

먼저, 팀은 이스라엘의 여러 위치에서 수집한 최신 부싯돌에 대해 사전 교육을 받았고 통제된 실험실 조건에서 알려진 온도로 가열되었습니다. 둘째, 훈련된 모델을 알려지지 않은 샘플(예: Evron Quarry 현장에서 수집한 석기)에 적용했습니다. 팀은 지도형 딥 러닝 접근 방식을 사용하여 라만 스펙트럼과 처트의 가열 온도를 연관시켰습니다. 이 방법은 처트의 고유한 가변성을 극복하면서 처트의 유기 및 무기 성분의 비가역적인 열 유도 구조 변화에 의존합니다. 온도 추정을 위해 딥러닝 모델을 사용하면 알파 석영, 모가나이트, D 및 G 밴드 스펙트럼 영역의 열로 인한 스펙트럼 변화와 열 사이의 비선형 결정 경계를 근사화할 수 있다는 장점이 있습니다.

아래 사진에서 돌은 시각적으로 불에 탄 흔적이 보이지 않지만, 딥러닝 모델을 사용하여 돌에서 수집한 UV 라만 스펙트럼의 열 노출을 추정한 결과 모두 발견되었습니다. 200°C에서 600°C 사이의 온도로 가열되었습니다. 이는 고대 인류가 단지 자연의 산불을 사용하는 것이 아니라 불을 통제할 수 있는 능력을 가지고 있었음을 시사합니다.

2 후속토론

연구진은 또한 발굴된 뼈가 불에 타버린 것을 실험적으로 확인했다고 말했습니다. "인위적으로 지능적으로 검증된 부싯돌 결과가 없다면 아무도 이 뼈의 열 노출을 테스트하지 않을 것입니다."

이 연구에서는 현장의 도구가 자연 화재인지 인공 화재인지 아직 판단할 수 없습니다. 자연 화재는 화상 부위 전체에 균일한 열 변화를 일으키는 경우가 많기 때문에 화상 자국으로 인한 공간적 변화는 인간 개입의 증거로 해석될 수 있습니다.

저자는 산불과 고르지 못한 초목이 지역 전체에 고르지 않은 온도 분포를 일으킬 수 있으며 온도가 산불과 인공 화재의 사용을 구별하는 신뢰할 만한 기준이 아니라는 점을 인정합니다. 그러나 그럼에도 불구하고 석기 시대 도구의 추정 온도와 불에 탄 동물의 존재는 고대 인류가 그 현장에서 불을 사용했을 가능성을 암시합니다.

향후 이 연구에서 사용된 방법은 다른 후기 구석기 시대 유적지로 확장될 수 있으며, 이는 잠재적으로 초기 고대 인류와 불의 관계에 대한 시공간적 이해를 확장하여 초기 인류의 삶을 이해하는 문을 열 것입니다. .

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