牛！博士独自一人发Nature，没有导师署名，选题来自“副业爱好”

博士生独自一人发Nature，没有导师署名！

这件事情听起来就跟假的一样，非常离谱。但是，真的存在这样的事情！

就在今年6月，一名在读博士以唯一作者的身份在Nature正刊上发表了一篇论文 Physical restoration of a painting with a digitally constructed mask（使用数字构建的面具对绘画进行物理修复）。

他的导师并未在论文中署名，这篇Nature论文完全属于博士生Alex Kachkine自己。

图源:Nature

这篇论文的作者，现年25岁的Alex Kachkine是美国麻省理工学院机械工程专业在读博士生。他所在的实验室研究的是微系统与微芯片方向。而这篇Nature论文则是关于绘画物理修复新技术的。

图源nature

Alex Kachkine的论文中提出了一种新方法，可以将数字修复直接物理应用到原始画作上。修复内容被打印在一层非常薄的聚合物薄膜上，形成一种可以与原始画作对齐并粘贴的遮罩。遮罩的数字文件可以被存储并供未来的修复师参考。

作为演示，他将该方法应用于一幅受损严重的15世纪油画。该方法自动识别出5612个需要修复的独立区域，并使用57,314种不同的颜色填充了这些区域。整个过程，从开始到结束，耗时3.5小时，他估计这比传统修复方法快了约66倍。

作品修复前后

Kachkine承认，与任何修复项目一样，存在伦理问题需要考虑，即修复后的版本是否恰当地代表了艺术家原始的风格和意图。他说，应用他的新方法时，应与了解画作历史和起源的修复师协商进行。

“库房里有很多受损的艺术品可能永远不会被看到，”Kachkine说。“希望有了这种新方法，我们有机会看到更多的艺术品，这将是令我欣喜的事。”

兴趣是最好的老师

这项新的修复过程始于一个副业项目。2021年，当Kachkine前往麻省理工学院开始他的机械工程博士项目时，他沿着东海岸驱车北上，并特意沿途尽可能多地参观艺术画廊。

“我热爱艺术很久了，从我还是个孩子时就开始了，”Kachkine说，他使用传统的手绘技术，将修复画作作为爱好。在参观画廊的过程中，他意识到墙上展示的艺术品只是画廊藏品的一小部分。画廊获得的大部分艺术品都被存放起来，因为这些作品已经老化或受损，需要时间进行适当的修复。

“修复一幅画很有趣，坐下来填补东西度过一个美好的夜晚很棒，”Kachkine说。“但这是一个非常缓慢的过程。”

正如他所了解的，数字工具可以显著加快修复过程。研究人员开发了人工智能算法，可以快速梳理海量数据。这些算法学习这些视觉数据内部的联系，并应用这些联系生成特定画作的数字修复版本，其方式非常接近艺术家或特定时期的风格。然而，此类数字修复通常以虚拟方式展示或作为独立作品打印出来，无法直接应用于修饰原始艺术品。

“所有这些让我思考：如果我们能够对一幅画进行数字修复，并将效果物理实现，那将解决传统手工流程的许多痛点和缺点，”Kachkine说。

基于AI的名画修复技术

在这项新研究中，卡奇金开发了一种方法，将数字修复物理应用到原始画作上，使用了一幅他刚到麻省理工学院时获得的15世纪画作。他的新方法首先涉及使用传统技术清洁画作并清除任何过去的修复痕迹。

“这幅画有近600年历史，经历过多次修复，”他说。“在这种情况下，有相当多的过度修复颜料层，所有这些都必须清理掉，才能看到最初的实际状况。”

他扫描了清洁后的画作，包括许多颜料已经褪色或开裂的区域。然后，他使用现有的人工智能算法分析扫描结果，创建了画作在原始状态下可能样貌的虚拟版本。

基于AI的名画修复技术

两层聚合物薄膜修复画作，

不会破坏原作！

接着，Kachkine开发了软件，创建原始画作上需要填充区域的地图，以及匹配数字修复版本所需的确切颜色。然后，该地图被转化为物理的、两层的蒙版，打印在薄的聚合物基薄膜上。第一层用彩色墨水打印，而第二层以完全相同的图案打印，但使用白色墨水。

原始画作如何被蒙版覆盖

“为了完全再现颜色，你需要白色和彩色墨水才能获得完整的光谱，”Kachkine解释道。“如果这两层没有对齐，很容易就能看出来。因此，我还开发了一些基于人类颜色感知原理的计算工具，以确定我们实际可以对齐和修复的区域有多小。”

Kachkine使用高保真商用喷墨打印机打印蒙版的两层，他手动仔细对齐并叠加到原始画作上，并用一层薄薄的传统清漆喷雾固定。打印薄膜所用的材料可以用文物保护级别的溶剂轻松溶解，以防修复师需要展示原始的受损作品。遮罩的数字文件也可以保存下来，作为修复内容的详细记录。

对于Kachkine使用的这幅画，该方法能够在短短几小时内填充数千处缺损。“几年前，我修复一幅意大利巴洛克风格的画作，缺损数量级大概相同，花了我九个月的兼职工作时间，”他回忆道。“缺损越多，这种方法效果越好。”

他估计新方法比传统的手绘方法要快几个数量级。如果该方法被广泛采用，他强调修复师应参与流程的每一步，以确保最终作品符合艺术家的风格和意图。

“这需要仔细考虑流程中每个阶段涉及的伦理挑战，以了解如何以最符合文物保护原则的方式应用它，”他说。“我们正在建立一个框架来开发更多的方法。随着其他人对此进行研究，我们最终将得到更精确的方法。”