Till och med Georgia O'Keeffe lade märke till blåsorna i stiftstorlek som bubblade på ytan av hennes målningar. I årtionden, naturvårdare och forskare antog att dessa små utsprång var sandkorn, sparkade upp från New Mexicos öken där O'Keeffe bodde och arbetade. Men när utsprången började växa, sprider sig och flagnar så småningom av, människor gick från nyfikna till oroliga.

Ett tvärvetenskapligt team från Northwestern University och Georgia O'Keeffe Museum i Santa Fe, New Mexico har nu diagnostiserat den konstiga färgsjukdomen:Mikronstora utsprång är metalltvålar, resultatet av en kemisk reaktion mellan metalljonerna och fettsyrorna som vanligtvis används som bindemedel i färger.

Inspirerad av forskningen, teamet utvecklade en roman, handhållet verktyg som enkelt och utan ansträngning kan kartlägga och övervaka konstverk. Verktyget gör det möjligt för forskare att noggrant titta på utsprången för att bättre förstå vilka förhållanden som gör att utsprången växer, krympa eller bryta ut.

"De fria fettsyrorna i färgens bindemedel reagerar med bly- och zinkpigment, "sa Marc Walton, en forskningsprofessor i materialvetenskap och teknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering, som ledde studien. "Dessa metalltvålar började samlas, skjut upp målningens yta och bilda något som ser ut som akne. "

"Om vi ​​enkelt kan mäta, karakterisera och dokumentera dessa tvålutskott om och om igen med liten kostnad för museet, då kan vi se dem när de utvecklas, "sa Oliver Cossairt, en docent i datavetenskap i McCormick, som ledde teknikutvecklingen. "Det kan hjälpa konservatorer att diagnostisera hälsan och ordinera behandlingsmöjligheter för skadade konstverk."

Walton, meddirektör för Centrum för vetenskapliga studier i konsten, ett samarbete mellan Northwestern och Art Institute of Chicago, kommer att diskutera forskningsresultaten och teknologin vid en pressträff den 16 februari vid American Association for the Advancement of Science (AAAS) årsmöte i Washington, D.C.

Briefing, "Konstbevarande utnyttjar avancerad vetenskaplig kunskap, "kommer att hållas kl. 09.00 EST på balkong A i Marriott Wardman Park.

Cossairt kommer att presentera forskningen vid en vetenskaplig session nästa dag. Hans tal, "Att diagnostisera en färgsjukdom med datavetenskap:fallet med Georgia O'Keeffe, " är en del av sessionen "Medicin, Computer Science and Art:Learning Through Technology" (8 till 9:30 EST den 17 februari, rum 2, Marriott Wardman Park).

AAAS vetenskapliga session arrangeras av Francesca Casadio, Grainger verkställande direktör för bevarande och vetenskap vid Art Institute och meddirektör för Center for Scientific Studies in the Arts.

Farlig sjukdom

Nästan alla Georgia O'Keeffes målningar har en viss grad av skada från metalltvålbildning. Medan vissa fall av "akne" är i tidiga utvecklingsstadier och endast kan ses med ultraviolett avbildning, andra är mer avancerade och kan ses med blotta ögat. Konservatorer har restaurerat några av målningarna där skadan är mer uttalad, men utsprången fortsätter att återvända.

"Försämringshastigheten är en av de viktigaste frågorna i studien, sa Dale Kronkright, chef för bevarande vid Georgia O'Keeffe Museum. "Det verkar finnas ett visst samband mellan antalet gånger målningarna har rest till offentliga utställningar och storleken och mognadsgraden på ytstörningen. Ju fler gånger målningarna har rest, desto mer sannolikt är det att utsprången är större och fler."

Walton och hans team vid Center for Scientific Studies in the Arts studerar hur snabbt processen kan avancera genom att framkalla försämring av metalltvål i surrogatmålningar. De har också decennier av detaljerad information från Georgia O'Keeffe Museum, som dokumenterar de olika miljöer som olika stycken har upplevt under resan och på skärmen.

"När vi har förstått vilken typ av miljöförhållanden de har varit i, vilken typ av relativ luftfuktighet, vilken typ av temperaturer, om de har varit i direkt solljus, då kan vi föreskriva en viss miljö med särskilda förhållanden som gör att konstverket kan överleva under en mycket lång tid, " sa Walton.

Dessa fynd kan också tillämpas mer brett utöver O'Keeffes mästerverk. Tvålutsprång skadar oljemålningar från alla tidsperioder.

"Om vi ​​kan lösa det här problemet, vi bevarar vårt kulturarv för kommande generationer, " sa Walton.

Från science fiction till facklitteratur

Cossairt liknar sitt handhållna verktyg vid en Star Trek "tricorder". Fans av programmet kommer ihåg att se deras favoritkaraktärer använda enheten i fickstorlek för att spana in okända områden, undersöka livlösa föremål och diagnostisera sjukdom.

Istället för att bedöma människors (eller utomjordingens) hälsa, verktyget som utvecklats i Cossairts laboratorium kan hjälpa till att diagnostisera hälsan hos en målning. Den använder LCD-skärmen och kameran som redan finns på smartphones och surfplattor. Med en enkel våg över ytan av en målning, appen smälter snabbt arbetets exakta, 3D ytstruktur, eller metrologi. Den kan sedan subtrahera verkets färg för att hjälpa forskare att identifiera eventuella avvikelser i ytformen som inte kommer från penseldrag eller textur på duken.

"Det är som "tricorder" av mätverktyg, ", sa Cossairt. "Det kan ge dig extremt exakta mått men är också något du bara kan dra ur fickan."

Appen använder ljuskällan från en mobil enhet – antingen LED-blixten eller LCD-skärmen – för att reflektera ljus från målningens yta och fånga dessa reflektioner med kameran. Bilden bearbetas sedan av anpassade algoritmer som utvecklats i Northwestern av Aggelos Katsaggelos för att extrahera information om ytform.

"Vi samlar in mycket data på ett effektivt, framgångsrikt sätt, men då måste uppgifterna bearbetas, sa Katsaggelos, Joseph Cummings professor i elektroteknik och datavetenskap vid McCormick. "Tekniken använder maskininlärning för att skilja om textur är ett tvålutskott eller något godartat som ett penseldrag. Sedan, för utsprången, vi extraherar statistik - densiteten, storlek och form."

Jämför denna handhållna enhet med den stora, krånglig utrustning som i dagsläget behövs för att kartlägga en målnings mätning. Den primära tekniken, kallas reflektionstransformation, kräver en stor kupol med flera ljuskällor och en dyr installation. Få museer kan investera i att köpa och underhålla sådana instrument.

"Vi försöker göra det mycket enklare, mycket billigare och lättare tillgängligt för att sänka användningsbarriären, sa Cossairt.

Forskningen stöds av National Endowment for the Humanities.