Between Heritage and Technology: The Use of Artificial Intelligence in Climate Modeling to Support the Sustainability of Cultural Tourism at Archaeological Sites

歴史的なカイロの中心部、太陽が古の石材を照らしつけ、空気が熱気で揺らめく場所で、二つの重要なニーズの間で静かな闘いが繰り広げられている。それは、過去を保存することと、現在を受け入れることの間の葛藤である。何世紀もの間、イスラム世界の偉大な建造物は、電気が存在するずっと前から空気を自然に冷却するように設計された厚い壁と開かれた中庭を備え、人類の創意工夫の証として立ってきた。しかし今日、これらの同じ場所は新たな課題に直面している。地球の気温が上昇し、より多くの訪問者が訪れるにつれ、室内の微気候の繊細なバランスが変化しているのである。過度な熱は脆弱な遺物にダメージを与え、観光客を遠ざける可能性がある一方で、その問題を解決するために用いられる機械的な空調システムは、守るべきはずの歴史そのものを破壊してしまう可能性がある。解決策は、古いものと新しいもののどちらかを選ぶことではなく、両者を共存させる方法を見出すことにある。これはマイクロクライメイト・マネジメント（微気候管理）の領域であり、建物の内部および周辺の特定の天候パターンを理解することに特化した分野であり、ここにおいて、一つの新しいツールが登場している。それが人工知能である。コンピュータに過去の振る舞いから学習する方法を教えることで、研究者たちは、歴史的な場所の石一つを変えることなく、現代の人々にとって快適な場所にする方法を見出しつつある。

ホルス大学エジプトのフダ・アル・バズ率いる研究チームは、この考え方をカイロで最も重要なランドマークの一つであるスルタン・カラウーン複合施設に適用した。13世紀に建設されたこの広大な敷地には、学校、病院、そして霊廟が含まれており、それらはすべて美しい開放的な中庭を中心に構成されている。この複合施設はマムルーク建築の傑作であるが、かつては涼しい風が吹き抜けていたその開放的な設計が、現在は激しい夏の暑さと数千人の訪問者の群れに対して苦戦している。研究者は、歴史的な完全性を損なうことなく、現代のテクノロジーを用いてこれらの空間の快適さを向上させることができるかどうかを知りたいと考えた。彼らは、風、太陽、熱の現実世界での振る舞いを模倣できる精密な三次元コンピュータモデルである「デジタルツイン」を作成することに着手した。数日間の実行時間を要する従来の低速なコンピュータ・シミュレーションだけに頼るのではなく、プロセスを加速させ、最適な解決策をより迅速に見つけ出すために、人工知能の層を導入したのである。

研究者はまず、現実世界のデータを収集することから始めた。彼らは学校の中庭とその周辺にセンサーを設置し、一日を通して実際の温度と湿度を測定した。また、人間の存在が空気にどのように影響するかをモデル化するための変数として占有パターンも分析したが、訪問者の行動は本研究において直接測定されておらず、したがって投影された結果として考慮されている。これらの基礎データを得た上で、彼らは壁の形状、窓の位置、石の質感を捉えた、複合施設の詳細なデジタルモデルを構築した。その後、特殊な環境シミュレーションプログラムを使用して、自然換気、樹木の配置、一時的な日陰の追加といった異なる要因が気温にどのように影響するかをテストする数千のシナリオを実行した。この膨大な量のデータを理解するために、彼らはショートカットとして機能する機械学習アルゴリズムを訓練した。これらのアルゴリズムは、低速で詳細なシミュレーションからパターンを学習し、その後、新しい設計案の結果を数時間ではなく数秒で予測することができるのである。

このデジタル実験の結果は驚くべきものだった。研究者は、空気の動き方を調整し、一時的で可逆的な要素を加えるだけで、サイトの熱的快適性を大幅に改善できることを発見した。戦略的に配置された一時的な布製の遮光構造を用いることで、石の床や壁に激しい正午の太陽光が当たるのを防げる一方で、注意深く配置された植生が蒸発を通じて空気を冷却するのを助けることがわかった。窓や開口部を利用して風を捕らえる方法を最適化することで、訪問者から熱を運び去る自然な微風を作り出すことができた。研究は、これらのパッシブな戦略によって、訪問者が不快に感じるほど暑いと感じる時間を大幅に減少させ、環境を中立的で心地よい状態に近づけられることを示した。極めて重要なことに、これらすべての変更は一時的かつ非侵襲的に設計されており、建物の歴史的な構造に痕跡を残すことなく、いつでも撤去できるものである。

最も重要な発見の一つは、新しい手法の速度と効率性であった。人工知能を用いてシミュレーションをガイドすることで、研究者はこれらのシナリオを分析するために必要な計算時間を、従来の方法と比較して約40パーセント削減することに成功した。この効率性は、自らのサイトをどのようにケアすべきかについて迅速かつ情報に基づいた決定を下す必要がある遺産管理者にとって不可欠である。研究は、コンピュータモデルが非常に正確であり、現実世界のセンサーデータと高い精度で一致していることを確認した。この検証により、研究者は、自身のデジタル予測が物理的な世界でも真実であることを確信した。彼らは、最善のアプローチは複合的な対策であることを見出した。すなわち、中庭の壁による深い影を利用し、太陽が最も強い場所に一時的な日陰を加え、通路に空気が自由に流れるようにすることである。これらの介入は、壁を壊したり重機を設置したりする必要はなく、元の設計を尊重しながら、より温暖で混雑する未来に適応させるための、繊細な調整であった。

この研究の意義は、カイロの一つの学校をはるかに超えて広がっている。研究者は、中東の砂漠から地中海の古都に至るまで、暑く乾燥した気候にある他の歴史的サイトにも適用できるデジタルフレームワークを開発した。人工知能が、保存のニーズと観光の要求のバランスをとる助けとなることを証明することで、本研究は私たちの共有された遺産を守るための新たな道を提示している。それは、サイトを凍結された博物館として維持するか、あるいは現代的なアトラクションに変えてしまうかの二択を迫られるのではないことを示唆している。むしろ、適切なツールがあれば、古代の石が安全で邪魔されることなく、訪問者がより長く滞在し、より多くを学ぶことができるほど快適な環境を作り出すことができるのである。スルタン・カラウーン・プロジェクトの成功は、遺産管理の未来が、過去の知恵と現在の知能との間のこのような静かな協力関係にあることを証明しており、これにより、これらの壮大な場所が次世代へと生き続けていくことを保証しているのである。