Le telecamere FLIR X-Series supportano l’analisi non distruttiva degli antichi manoscritti di Ercolano

I ricercatori utilizzano la termografia pulsata e l’imaging termico ad alta velocità per rivelare iscrizioni nascoste e valutare lo stato di conservazione di fragili papiri carbonizzati senza contatto fisico.

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La tecnologia di imaging termico FLIR sta aiutando i ricercatori in Italia a riportare alla luce testi nascosti nei papiri di Ercolano, una straordinaria raccolta di antichi manoscritti carbonizzati durante l’eruzione del Vesuvio nel 79 d.C. Grazie alla termografia pulsata, che sfrutta la porta di ingresso analogica lock-in ad alta velocità da 2,775 MHz disponibile sulle avanzate telecamere termiche FLIR, gli scienziati stanno recuperando scritte precedentemente invisibili a occhio nudo, ottenendo al contempo nuove informazioni sulla fragile struttura interna dei documenti. Tutte le immagini provengono da S. Ceccarelli et al., SciRep 15, 34466 (2025).

L’importante progetto è guidato dai ricercatori dell’Istituto di Scienze del Patrimonio Culturale (ISPC) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), impegnati nello sviluppo di metodi non distruttivi per studiare e preservare quella che rimane l’unica biblioteca sopravvissuta del mondo greco-romano antico.

Scoperti durante gli scavi del XVIII secolo presso la Villa dei Papiri di Ercolano, i rotoli sopravvissero all’eruzione vulcanica grazie alla carbonizzazione causata dall’intenso calore e dalla sepoltura sotto materiali vulcanici. Sebbene questo straordinario processo abbia preservato i manoscritti, ha anche creato notevoli difficoltà per storici e conservatori impegnati nella loro lettura e tutela.

Molti dei papiri furono svolti meccanicamente secoli fa e montati su supporti rigidi. Tuttavia, i frammenti risultanti sono estremamente fragili, spesso costituiti da numerosi strati sovrapposti e, in molti casi, quasi illeggibili.

I limiti delle tecniche di imaging convenzionali
Una delle principali sfide per i ricercatori è che sia il supporto papiraceo carbonizzato sia l’inchiostro sono di colore nero, rendendo estremamente difficile distinguerli con i metodi di imaging tradizionali, poiché il contrasto nello spettro visibile è praticamente assente. Altre tecniche più sofisticate, come l’imaging a raggi X, possono funzionare, soprattutto in combinazione con l’intelligenza artificiale, ma risultano più complesse e costose e richiedono il trasferimento dei papiri in laboratori specializzati dove tali tecnologie sono disponibili.

Per affrontare queste difficoltà, i conservatori hanno adottato la termografia pulsata, una tecnica che combina un’eccitazione luminosa controllata con l’imaging termico ad alta velocità. Il metodo consiste nell’illuminare il papiro con un breve impulso di luce e nel registrare nel tempo la risposta termica risultante.

Le iscrizioni superficiali diventano visibili quasi immediatamente nei primi fotogrammi infrarossi successivi all’eccitazione, poiché l’inchiostro assorbe la luce in modo diverso rispetto al materiale papiraceo circostante. Man mano che il calore si propaga nel campione nei secondi successivi, iniziano a emergere dettagli strutturali più profondi e caratteristiche sottostanti. Questo comportamento termico nel tempo offre ai ricercatori un modo efficace per distinguere la scrittura dal supporto.




Imaging termico avanzato
Elemento centrale del progetto è l’impiego delle telecamere termiche FLIR X-Series. Grazie alla combinazione di imaging infrarosso ad alta velocità e alta sensibilità con avanzate funzionalità di analisi termica, queste telecamere sono ideali per ambienti scientifici e di ricerca in cui precisione e integrità dei dati sono fondamentali.

Operando nello spettro infrarosso a onde medie (MWIR), le telecamere FLIR X-Series hanno consentito ai ricercatori di acquisire eventi termici rapidi con una sensibilità eccezionale, rendendo visibili durante l’analisi mediante termografia pulsata sottilissime differenze di temperatura tra le aree con e senza inchiostro. La serie X dispone di una porta di ingresso analogica lock-in ad alta velocità progettata per ricevere segnali di riferimento esterni, consentendo analisi termiche ad alta velocità con una frequenza di campionamento di 2,775 MHz. Questa capacità permette ai ricercatori di rilevare segnali deboli o minime differenze di temperatura nei materiali.

I ricercatori hanno utilizzato due lampade flash per generare un’eccitazione controllata, limitando al contempo l’aumento di temperatura dei papiri a soli 2-3°C, ben al di sotto di qualsiasi livello considerato dannoso per questi antichi materiali. Speciali sistemi di filtraggio hanno inoltre impedito l’esposizione ai raggi ultravioletti e ridotto al minimo i riflessi infrarossi indesiderati.

Secondo il team di progetto, l’elevata sensibilità, la risoluzione spaziale e le avanzate capacità di registrazione delle FLIR X-Series si sono rivelate particolarmente importanti per identificare fini contrasti termici e mantenere la qualità delle immagini durante l’intero processo di acquisizione.

La possibilità di acquisire in streaming e registrare continuamente i dati termici senza perdita di fotogrammi ha inoltre supportato attività di post-elaborazione e analisi dettagliate mediante il software FLIR Research Studio.

È importante sottolineare che il metodo rimane completamente senza contatto e non distruttivo, un requisito essenziale quando si opera su fragili beni culturali che non possono essere manipolati fisicamente né rimossi dai loro supporti storici.

Sebbene l’obiettivo principale del progetto sia la rivelazione di testi nascosti, la termografia pulsata fornisce anche preziose informazioni strutturali ai professionisti della conservazione.

Con la diffusione del calore nel papiro su tempi più lunghi, i dati termici iniziano a evidenziare caratteristiche quali la disposizione delle fibre, gli strati sovrapposti e i punti di adesione tra il papiro e il supporto. Questi dettagli aiutano i conservatori a comprendere meglio le condizioni fisiche dei manoscritti e a individuare aree in cui potrebbero verificarsi deterioramenti o distacchi.

La possibilità di analizzare sia la scrittura sia la morfologia del supporto a partire dallo stesso set di dati termici offre vantaggi significativi per la pianificazione degli interventi di restauro e delle strategie di conservazione a lungo termine. La tecnica è particolarmente utile perché alcune aree dei manoscritti contengono più strati compressi generati durante il processo storico di svolgimento dei rotoli. In queste zone, le sezioni sottostanti sono rimaste aderenti anziché separarsi completamente, creando una struttura complessa difficile da analizzare con le tecniche di imaging tradizionali.

I ricercatori hanno inoltre osservato che alcune tecnologie concorrenti possono richiedere apparecchiature più ingombranti, vincoli di posizionamento più severi o offrire una qualità delle immagini inferiore nell’analisi di materiali stratificati.

Potenzialità future
Una delle sfide ancora aperte riguarda l’identificazione di testi presenti sul retro dei papiri o nascosti all’interno di sezioni fortemente stratificate, dove solo una quantità limitata di luce di eccitazione riesce a penetrare. Sebbene sia possibile rilevare informazioni termiche residue provenienti dagli strati più profondi, i segnali risultanti diventano progressivamente più deboli e sfocati man mano che il calore si diffonde nel materiale.

Per contribuire a superare queste limitazioni, il team del CNR sta ora esplorando l’utilizzo di tecniche di elaborazione basate sull’intelligenza artificiale. L’analisi assistita dall’IA potrebbe migliorare ulteriormente la distinzione tra l’inchiostro e il supporto papiraceo, aumentando potenzialmente la leggibilità e favorendo future interpretazioni dei testi.

Qualunque sia l’evoluzione futura, il team è convinto che la termografia pulsata diventerà uno strumento complementare sempre più prezioso accanto ad altre tecniche avanzate delle scienze del patrimonio culturale. Questo entusiasmante progetto dimostra il ruolo crescente della tecnologia di imaging termico FLIR nella ricerca scientifica e nella conservazione. Combinando acquisizione termica ad alta velocità e metodi avanzati di analisi, i ricercatori sono oggi in grado di studiare alcuni dei più fragili reperti storici del mondo in modi che in passato erano impossibili.

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