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AI結(jié)合拉曼光譜 為古人類用火研究提供新工具
2022年07月04日 15:34:30
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：5169
近日，以色列的一個研究團(tuán)隊利用人工智能算法結(jié)合拉曼光譜技術(shù)，從以色列的舊石器時代早期露天遺址中發(fā)現(xiàn)了被火燒過的動物和巖屑?xì)埓妗＿@些殘存距今約100萬至80萬年前之間。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】火在人類演化過程中有著關(guān)鍵地位。控制性用火幫助人類自由獲取熟食、驅(qū)寒保暖、制造工具、照亮黑暗等，對于人類的生存發(fā)展以及大腦發(fā)育都發(fā)揮了重要地位。目前人類最早在什么時候開始用火尚無明確的結(jié)論。因此從古人類遺跡中獲得確鑿的用火證據(jù)對于人類學(xué)研究來說非常重要。
用火研究主要包括兩個方面，一是獲取燃燒的證據(jù)，二是確認(rèn)古人類的控制性用火行為。然而由于年代過于久遠(yuǎn)信息保存不全、檢驗分析方法有限等因素的影響，很難對古人類遺址區(qū)域發(fā)現(xiàn)的用火證據(jù)進(jìn)行確定無誤的認(rèn)定。隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些更精確更可靠的方法被開發(fā)利用，學(xué)術(shù)界在古人類用火研究上才有了一定進(jìn)展。如利用傅里葉變換紅外光譜分析和微觀地層形態(tài)學(xué)分析對南非北部開普敦的 Wonderwerk洞穴進(jìn)行檢驗之后，研究者證實該地有古人類用火的可信證據(jù)，從而將人類最開始用火的年代推至距今約100萬年前。
近日，以色列的一個研究團(tuán)隊利用人工智能算法結(jié)合拉曼光譜技術(shù)，從以色列的舊石器時代早期露天遺址(Evron Quarry)中發(fā)現(xiàn)了被火燒過的動物和巖屑?xì)埓妗＿@些殘存距今約100萬至80萬年前之間。
材料在受熱之后其光譜特征會發(fā)生改變，傅里葉變換紅外光譜在用火研究中的應(yīng)用即基于此。而研究團(tuán)隊以拉曼光譜為基礎(chǔ)，結(jié)合一個深度學(xué)習(xí)模型(一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))來學(xué)習(xí)燧石在加熱至不同溫度后的拉曼光譜變化，將光譜模式與燧石的加熱溫度聯(lián)系起來，并將訓(xùn)練之后的模型應(yīng)用于從Evron Quarry遺址采集的石器，從而判斷該遺址的時期是否曾被燒過。
在研究中，團(tuán)隊分析了26件燧石工具的熱暴露情況，結(jié)果顯示部分工具曾被加熱到600攝氏度以上。此外，對于該遺跡動物遺骸的光譜分析也發(fā)現(xiàn)，其中有一頭已滅絕大象的象牙曾因加熱導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
此前的用火研究分析方法，包括微觀形態(tài)分析、磁學(xué)方法和紅度分析、元素分析等都只能判斷是否發(fā)生過燃燒事件，光譜分析方法還可以研究樣品被加熱的溫度。而將深度學(xué)習(xí)算法與光譜分析技術(shù)相結(jié)合，不僅讓樣品的熱暴露情況研究更加簡單方便，也提高了估計溫度與真實溫度之間的誤差，為人類用火研究提供更有力的工具。
然而目前的技術(shù)水平始終難以完全確定遺址中發(fā)生的燃燒痕跡是自然的還是人工的。研究人員只能通過不同的檢驗方法獲取多方面的信息，相互結(jié)合和補(bǔ)充，以期得到一個可靠性較高的，能夠被普遍認(rèn)可的結(jié)論。
人工智能技術(shù)的應(yīng)用是一個很大的進(jìn)步，它不僅可以與拉曼光譜結(jié)合，在其他分析方法中也能發(fā)揮非常大的作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對古人類的歷史將有更多的了解，從而進(jìn)一步揭開人類演化的秘密。
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