Mit künstlicher Intelligenz auf der Spur der Wüstenbilder

Mit blossem Auge erkennt man auf dem Foto des Wüstenbodens fast nichts. Grau in grau wirkt das Bild, zahllose dunkle Steine liegen herum. Nur wenn man genau weiss, was sich auf dem Bild verbirgt, kann man sie vage erahnen: eine menschenähnliche Figur mit drei «Antennen» auf dem Kopf und einer Art Knüppel in einer Hand.

Entdeckt wurde das etwa zwei Meter breite und fünf Meter lange, vor rund 2000 Jahren in den Boden der Atacama-Wüste in Peru gescharrte Bild kürzlich von Archäologen um Masato Sakai von der Yamagata-Universität in Japan. Entscheidend dabei war eine speziell auf die Identifizierung sogenannter Geoglyphen trainierte künstliche Intelligenz (KI). Es handle sich um das erste Scharrbild, das von einer KI entdeckt worden sei, heisst es in einer Pressemitteilung der Universität Yamagata.

Auf traditionelle Art – also durch Feldarbeit und Analyse von 3-D-Aufnahmen – hatten die japanischen Archäologen zwischen 2004 und 2018 bereits 142 zuvor unbekannte Geoglyphen gefunden. Darunter befinden sich ein Vogel, eine zweiköpfige Schlange, ein Fisch und eine weitere menschliche Figur mit langen Zöpfen.

Der Einsatz der KI Watson von IBM in Verbindung mit einem IBM-Supercomputer in den Jahren 2018 und 2019 sollte klären, ob künstliche Intelligenz bei der Suche nach weiteren Geoglyphen grundsätzlich nützlich ist. Dazu haben die Forscher die KI mit der Methode des maschinellen Lernens anhand von 21 bekannten Wüstenbildern auf die Identifizierung entsprechender Strukturen trainiert – mit Erfolg. Das Scharrbild Nummer 143 hatten die Forscher zuvor mit den traditionellen Methoden nicht erkannt. Nun haben IBM und die Universität Yamagata angekündigt, mit vereinten Kräften und mit einer noch leistungsstärkeren Methode nach weiteren bisher unentdeckten Geoglyphen suchen zu wollen. Zum Einsatz kommt das von IBM entwickelte Geoinformationssystem Pairs (Physical Analytics Integrated Data Repository and Services). Pairs erlaubt es, eine Vielzahl verschiedener Daten, etwa von Satelliten oder Drohnen aufgenommene Fotos, mit Radarbildern, Laserscans, Feldinformationen und anderen Daten zu kombinieren und mithilfe künstlicher Intelligenz zu analysieren.

Die Menge an Datensätzen ist kaum noch zu überblicken

«Die Archäologen stehen heute vor dem Problem, dass sie die vielen Datensätze nicht mehr überblicken können», sagt der Geoinformatiker Hendrik Hamann vom IBM Thomas J. Watson Research Institute in New York, der für Pairs verantwortlich ist. «Die Verwendung von Pairs bedeutet eine enorme Zeitersparnis bei der Datenanalyse.» Was traditionell Monate brauche, könne Pairs in Minuten erledigen. «Aus unserer Sicht ist die Analyse der Nasca-Region ein sehr spannendes Beispiel für die Verarbeitung mehrdimensionaler Datensätze», sagt Hamann. Die Integration und Überlagerung der verschiedenartigen Informationsquellen sei alles andere als trivial. Denn Daten ganz unterschiedlicher Art müssten zusammengeführt werden. Die Stärke von Pairs wäre es, dass das letztlich automatisiert geschehe und die Analyse mithilfe der KI auf sehr grosse Datenmengen ausgedehnt werden könne. «Wir erhoffen uns davon erhebliche Fortschritte bei der Untersuchung der Nasca-Linien.»

Einige Geoglyphen wurden in einer ersten Phase von circa 800 bis 200 v. Chr. von der Paracas-Kultur geschaffen. Die Mehrheit entstand jedoch von 200 vor bis circa 600 nach unserer Zeitrechnung in der Nasca-Kultur. Die Menschen haben dunkle Steine beiseitegeräumt, die den ganzen Boden bedecken. So kam der helle Wüstengrund zum Vorschein. Die Figuren entstehen also durch den Kontrast zwischen dunklen Steinen und hellem Boden. Die 143 von den Archäologen der Universität Yamagata in den letzten Jahren entdeckten Geoglyphen stammen aus der Zeit von 100 v. Chr. bis 300 n. Chr., also aus der frühen bis mittleren Nasca-Zeit.

Zwei Geoglyphen-Arten mit unterschiedlichem Zweck

Erstmals wissenschaftlich beschrieben wurden die Geoglyphen in den 1920er-Jahren. Weltbekannt wurden sie 1968 durch Erich von Däniken und sein Buch «Erinnerungen an die Zukunft». Von Däniken vertrat die Ansicht, es handle sich um antike Landebahnen für Ausserirdische, eine Interpretation, die sich erwartungsgemäss unter Wissenschaftlern nie durchsetzte. 1994 hat die Unesco die «Linien und Bodenzeichnungen von Nasca und Pampa de Jumana» zum Weltkulturerbe erklärt.

Wie Forscher der Universität Yamagata berichten, lassen sich die Nasca-Linien in zwei Gruppen einteilen. Geoglyphen vom Typ A bestehen vorwiegend aus geraden Linien und zeigen teils mehr als hundert Meter ausgedehnte Bilder. Sie entstanden vorwiegend in der Blütezeit der Nasca-Kultur. Die Geoglyphen vom Typ B sind älter, kleiner und bestehen aus freigeräumten Flächen statt aus Linien.

Letztlich wollen wir damit einen tieferen Einblick in die Weltsicht jener Menschen gewinnen, die diese Geoglyphen geschaffen haben.

Hendrik Hamann, IBM Thomas J. Watson Research Institute

Die linienförmigen Scharrbilder vom Typ A dienten wohl zeremoniellen Zwecken. Darauf deuten unter anderem zerschlagene Tongefässe hin, die entlang der Linien gefunden wurden. Geophysikalische Analysen haben im Bereich der Linien eine erhöhte Bodendichte offenbart. Das zeigt, dass die Menschen die Linien bei den Zeremonien abschritten.

Die Bilder vom Typ B indes finden sich entlang von Pfaden oder an Hängen und wurden offenbar angelegt, um sie zu betrachten, nicht, um sie zu begehen. Die von der KI entdeckte menschliche Figur gehört zum Typ B und findet sich in der Nähe eines Wegs im Westen der Nasca-Region. Da die Nasca keine schriftlichen Quellen hinterliessen, stammen alle Informationen über ihre Kultur aus archäologischen Funden und Ausgrabungen, die naturgemäss einen gewissen Spielraum für Interpretationen offenlassen.

Ziel des Forschungsvorhabens unter Verwendung von Pairs ist es, eine detaillierte Karte der gesamten etwa 500 Quadratkilometer grossen mit Geoglyphen bedeckten Region in Südperu zu erstellen. Das Projekt läuft über zwei Jahre. «Wir rechnen damit, dass wir im Sommer 2020 erste Resultate vorweisen können», sagt Hamann. «Letztlich wollen wir damit einen tieferen Einblick in die Weltsicht jener Menschen gewinnen, die diese Geoglyphen geschaffen haben.» Zudem gehe es darum, durch die Integration der vielen Datensätze die teils bedrohten Artefakte zumindest digital zu erhalten.

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