تصنيف السيراميك الكوري التقليدي القابل للشرح اعتمادًا على تعلم الآلة باستخدام بيانات التركيب الكيميائي من تحليل XRF

كنوز خزفية تلتقي بالخوارزميات الحديثة

على مدى قرون، صنف الخبراء أجود أنواع الخزف الكوري — السيلادون الأخضر الفاتح، والبونتشونج المزخرف بجرأة، والبورسلان الأبيض الهادئ — بالعين وبالخبرة. لكن ماذا يحدث عندما يكون الشظية تالفة أو متغيرة اللون أو لا تتطابق مع المظهر النموذجي؟ تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن لتعلّم الآلة الحديث قراءة "بصمات" كيميائية لهذه القطع لفرزها بموضوعية، بل وشرح المكوّنات التي تمنح كل قطعة جمالها المميز.

من ألوان الطلاء إلى المكوّنات الخفية

السيلادون والبونتشونج والبورسلان الأبيض ليست مجرد تسميات متحف؛ بل تتبع تحوّلات الذوق والتقنية من أسرتي غوريو إلى جوسون في كوريا. يشتهر السيلادون بطلائه الأخضر اليشمي وترصيعه المعقّد، ويتميّز البونتشونج بزخارف الطلاء الأبيض الحيوية على جسم داكن، ويبرز البورسلان الأبيض بأناقته النقية والمتزنة. ومع ذلك، فإن التصنيف بصريًا له حدود: فالقطع المبكرة أو التجريبية قد تبدو مختلفة، والتعرية أو الكسر قد يخفيان سمات رئيسية. لذلك لجأ المؤلفون إلى التألق بالأشعة السينية (XRF)، وهي تقنية تكشف عن كمية كل أكسيد رئيسي — مثل السيليكا والألومينا والحديد والتيتانيوم — الموجودة في جسم السيراميك. وبما أن هذه الوصفات الكيميائية تعكس المواد الخام وظروف الحرق، فهي توفر أساسًا أكثر ثباتًا لتحديد نوع القطعة التي كانت عليه الشظية.

تعليم الحواسيب تمييز الطين القديم

جمّع الفريق بيانات XRF لما مجموعه 624 عينة خزفية من دراسات علمية سابقة، شملت بالتساوي السيلادون والبونتشونج والبورسلان الأبيض. ثم درّبوا ستة نماذج مختلفة من تعلم الآلة للتعرّف على الأنواع الثلاثة باستخدام عشرة أكاسيد مقاسة فقط. بعض النماذج، مثل أشجار القرار والغابات العشوائية، تقسم البيانات إلى فروق بناءً على قواعد بسيطة. وأنواع أخرى، مثل آلات المتجهات الداعمة، ترسم حدودًا أكثر مرونة في فضاء رياضي. ولتجنّب ملاءمة النماذج بشكل مفرط لهذا المَجمُوعَة الخاصة من البيانات، خصص المؤلفون جزءًا من البيانات للاختبار وفحصوا الأداء على مجموعة منفصلة تمامًا مكونة من 59 عينة مأخوذة من أبحاث مستقلة.

مدى أداء الآلات

تفوقت طريقتان قائمتان على الأشجار — الغابة العشوائية وتعزيز التدرّج المتطرّف (XGBoost) — حيث صنفتا بشكل صحيح حوالي 96% من عينات الاختبار. وتبعت آلة المتجهات الداعمة بفارق طفيف، بينما تأخرت الطرق الأبسط والأكثر صرامة. وكشف النظر عن كثب في الأخطاء عن نمط ذي دلالة: فقد تم التعرف على البورسلان الأبيض بشكل شبه دائم بشكل صحيح، بينما كان السيلادون والبونتشونج غالبًا ما يُخلَطان مع بعضهما البعض. ويعكس هذا التاريخ والتقنية؛ فكلا من السيلادون والبونتشونج يستخدمان طينات مشابهة ودرجات حرارة حرق عالية، وغالبًا ما استعار البونتشونج المبكر تقنيات من السيلادون، لذا تتداخل بِصماتهما الكيميائية بشكل طبيعي. أما البورسلان الأبيض، المصنوع من طين نقي للغاية يحتوي على مواد ملونة قليلة جدًا، فيبرز كمجموعة منفصلة في البيانات.

شرح القرارات: لماذا يهم الحديد والتيتانيوم

النماذج القوية ليست ذات فائدة كبيرة للمؤرخين إذا تصرفت كصناديق سوداء. لفتح الغطاء، استخدم الباحثون SHAP، طريقة تُعطي كل مادة كيميائية درجة توضح مدى دفعها للعينة نحو نوع خزفي أو آخر. عبر النماذج الأفضل أداءً، سيطرت أكسيدانان على القصة: أكسيد الحديد (Fe2O3) وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2). معروف بالفعل أن لهذين المركبين دورًا في تشكيل اللون في الطين المَحرُوق، فهما يغيّران الانتقالات اللونية من الأصفر إلى الأخضر المائل للأزرق اعتمادًا على كميتهما وجو الفرن. أكدت تحليلات تعلم الآلة أن المستويات المنخفضة من الحديد والتيتانيوم تفضّل بقوة البورسلان الأبيض؛ والمستويات المتوسطة تشير غالبًا إلى السيلادون؛ والمستويات الأعلى من الحديد مع تيتانيوم معتدل تميّز أجسام البونتشونج الداكنة والأرضية. لعبت أكاسيد أخرى، مثل تلك المحتوية على الفوسفور والصوديوم، أدوارًا داعمة في تمييز السيلادون عن البونتشونج عندما تداخلت مكونات التلوين الرئيسية بينهما.

ماذا يعني هذا لقراءة الماضي

باختصار، تُظهر الدراسة أن الحواسيب قادرة على فرز السيراميك الكوري التقليدي بدقة مشابهة لخبراء الميدان مع توضيح واضح لأي المكوّنات هي الأهم. وبدلًا من استبدال الأمينين والآثاريين، تقدّم هذه المقاربة لهم رفيقًا كميًا: وسيلة للتحقق المزدوج من الأحكام البصرية، وحل الحالات الحدية، وفهم أفضل لكيفية أن التغيرات الدقيقة في الطين وظروف الحرق ساهمت في التطور من السيلادون الأخضر إلى البونتشونج الجريء إلى البورسلان الأبيض النقي. ومع تجميع المزيد من البيانات الكيميائية من أفران وفترات زمنية مختلفة، قد تصبح أدوات تعلم الآلة القابلة للشرح هذه مساعدات معيارية لإعادة بناء الخيارات التقنية والقيم الثقافية المضمنة حتى في أصغر شظايا الفخار.

الاستشهاد: Cho, Y.E., Sim, S., Choi, J. et al. Explainable machine learning-based classification of traditional Korean ceramics using XRF chemical composition data. npj Herit. Sci. 14, 28 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02301-4

الكلمات المفتاحية: السيراميك الكوري, تعلم الآلة, تحليل XRF, التراث الثقافي, تصنيف البورسلان