Hur kan vi skydda och bevara kulturarvet? Forskare från 16 Fraunhofer-institut samarbetar i styrelsens kulturarvsprojekt för att utveckla den teknik som behövs för detta företag.

Oavsett om det är synligt i historiska tempel, gamla statyer, eller målningar av de stora mästarna, kulturarvet ska bevaras. Men att underhålla historiska konstskatter är inte enbart restauratörernas ansvar – denna uppgift kräver forskning och de högteknologiska lösningar den kan tillhandahålla. En blick in i några av Fraunhofers labb avslöjar många forskare som arbetar med just den här typen av lösningar.

Totalt 16 Fraunhofer-institut samarbetar i forskningsprojektet om kulturarv, tillsammans med sina partners, Dresden State Art Collections och Saxon State and University Library Dresden (SLUB). Fraunhofers styrelse stöder projektet med 1,5 miljoner euro i finansiering. "Det gör det till ett av de största tyska forskningsprojekten inom området kulturarv, " säger Dr Johanna Leissner, den Brysselbaserade samordnaren för direktionsprojektet och taleskvinna för Research Alliance Cultural Heritage. Projektresultaten presenterades i september förra året vid avslutningsevenemanget i Dresden – som ett bidrag från Fraunhofer-Gesellschaft till Europeiska året för kulturarv.

3-D digitalisering på ett löpande band

Ett sätt att rädda vårt kulturarv åt eftervärlden är att digitalisera konstverk i 3D, så att de kan användas när som helst, även parallellt:medan forskarteam undersöker ett digitaliserat tempel online, museibesökare över hela världen kan samtidigt ta en virtuell promenad genom den antika byggnaden.

Tills nu, denna 3D-digitalisering var ett tidskrävande uppdrag. "Nu, för första gången, vår CultLab3D automatiserade skanningsanläggning gör det möjligt att överföra hela museisamlingar till den digitala världen, " förklarar Pedro Santos, avdelningschef vid Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research IGD i Darmstadt. Skanna helt enkelt ett objekts QR-kod och lägg biten på en bricka – resten sker automatiskt. Resultatet är en tredimensionell digital kopia, och den produceras i ganska hög hastighet:en ny artefakt kan digitaliseras var femte minut. Nio kameror fotograferar objektet från flera sidor.

Specialprogramvara bearbetar dessa bilder för att generera den tredimensionella digitala repliken. Denna metod fungerar även med stora statyer, även om det då måste utföras manuellt snarare än automatiskt. Så här digitaliserade Fraunhofer IGD-forskarna Pergamonaltaret – med hjälp av en lätt laserskanner. Nu tar forskarteamen det ett steg längre:"I framtiden, vi kommer inte bara att avbilda geometrin, textur och optiska materialegenskaper – kort sagt, ett föremåls exteriör – men kommer också att omfatta dess inre, säger Constanze Fuhrmann, forskare och koordinator för delprojektet "Sculptures:Novel damage and material analysis in 3-D" vid Fraunhofer IGD. "Data om ett objekts inre och yttre, erhålls med hjälp av olika tekniker, kommer att kombineras enhetligt för att bilda en 3D-modell som sedan visualiseras i 3D i rymden framför monitorn." Denna förstagångskombination av digitala Fraunhofer-metoder möjliggör helt nya skade- och materialanalyser i 3D (se box "3-D digital analys av material och skador").

3D-digitalisering möter ultraljud

Till exempel, experterna utökade CultLab3D-metoden till att omfatta en ultraljudsanalys. "Med andra ord, i den digitala representationen, återställarna kan zooma in på objektets inre, gör det möjligt för dem att omedelbart se om det finns några dolda instabiliteter, korrosion eller hål, säger Peter-Karl Weber, en gruppchef vid Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering IBMT. Vad mer, dessa analyser kan nu slutföras på bara några sekunder.

Detta möjliggörs av ett elastiskt bälte fäst vid föremålet. "En ultraljudsgivare är fäst vid varje bälte. Specialelektronik gör det möjligt för dessa givare att växla mellan sändare och mottagare. Nu, istället för att ständigt behöva flytta om ultraljudsgivaren, man behöver bara placera bältet på konstverket. Tack vare QR-koder på givare, en kamera kan identifiera den position där ultraljudstomogrammet spelades in, och programvara infogar ultraljudsbilderna i den digitala skanningen.

För ultraljudsundersökningar, läkare applicerar en gel på patientens hud för att överföra ultraljudsvågorna in i kroppen, men denna gel skulle skada konstverk. Forskare vid Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP utvecklar därför ett material som möjliggör torrkopplad ultraljudstestning. Detta material har samma egenskaper som gelén och kan tas bort utan att lämna några rester.

Emaljerat guld i det gröna valvet

Det gröna valvet i Dresdens slott är ett av de mest kända museerna i Sachsen. Det rymmer också hovjuveleraren Dinglingers filigranemaljerade guldskatter som föreställer Indiens stora moguls hov.

I årtionden, verken ställdes ut i montrar som, utan att museet vet, gasade många skadliga ämnen. Som ett resultat, den invecklade emaljeringen började gradvis lossna. Fragmenten samlades noggrant, men hur skulle återställare kunna fästa dem igen? Varje lämpligt konserveringsmaterial måste uppfylla några extremt stränga krav:det måste vara transparent, mycket hållbara och har liknande egenskaper som glas, och det måste också fästa emalj och metall ordentligt.

"Vi utvecklade ett lämpligt material för detta vid Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC i Würzburg för tjugo år sedan:emalj ORMOCER, " förklarar Dr Gerhard Schottner, som leder avdelningen för glasforskning där. Förutom dess lämplighet för varaktigt bevarande av emaljerade skatter, den kan också permanent binda elfenben och bergskristall, som upptäcktes i restaureringslaboratoriet vid Dresdens statliga konstsamlingar. Tyvärr, över åren, råvarorna från industrikällor blev otillgängliga i den kvalitet som krävdes, och även de minsta föroreningar kan leda till skillnader i syntesen av dessa kiselorganiska föreningar. Så vad nu? "Vi behöver det bästa materialet för att bevara kulturarvet, men de belopp som krävs är ganska små, " förklarar Schottner. Detta gör materialutveckling och försäljning olönsam för affärsorienterade företag. Direktionsprojektet och finansieringen från den tyska federala miljöstiftelsen erbjöd en väg ut ur detta dilemma. ISC-teamet analyserade råvarorna och de enskilda stegen i deras produktion in i minsta detalj av de kemiska reaktionerna, inklusive fukt och temperaturnivåer, och undersökte de olika lösningsmedlens inverkan på slutprodukten. Nu är processen nästan klar:materialet är i den sista testfasen, och den ansvariga återställaren, Rainer Richter från Dresden State Art Collections, är extremt nöjd.