六轴机械臂动作精准，小心翼翼地按照预先设定的轨迹，一丝不苟地扫描青花瓷花瓶的每一个细节。在山东省济南应用核科学的实验室里，一群年轻的研究人员正在研究这项突破性的创新——世界上第一台专为文物分析而设计的“表面自适应 uXRF 扫描仪”。通过智能算法分析，工程师能够确定文物的元素组成和分布，生成“DNA 报告”。这份报告为文物的保存和修复提供了科学依据。

文物X射线扫描

“对于曲面和不平整的表面，我们已经扫描了故宫博物院的许多文物，例如珐琅花瓶和金银器。在中国北方山西省临汾市的陶寺遗址，我们扫描了一件重要文物，这是一种测量工具，其表面特别不规则，”中国科学院高能物理研究所副研究员许琼告诉记者。

“中国文物种类繁多，玉器、陶瓷、青铜器、印章和漆器等不胜枚举。它们形状复杂，工艺精湛，需要更先进的扫描设备，”许琼说。他们最初的目标是开发一种能够对曲面或不平整表面的文物进行高精度表面元素分析的设备。

到2021年，研究工作人员已经花了数年时间研究X射线成像及其在文物和考古中的应用。当时，国际上最先进的技术也只能对油画等平面物体进行平面扫描或单点元素分析，远远不能满足我国考古和文物工作的需要，遂与故宫联合研发该设备。

与现有的3D扫描技术主要通过X射线和CT技术进行光学表面成像和结构重建不同，该设备可以揭示物体表面的元素分布。

许琼回忆说，当时国内外都没有先例可借鉴。“在与故宫博物院的交流中，我们了解到，国内文物机构使用的X射线荧光光谱仪大多是进口的，主要用于平面研究，比如西方油画。这些设备在应用于以曲面为主的中国文物时面临很大挑战。”

要从单点、平面扫描升级到360度空间扫描，该团队考虑使用机械臂和深度摄像头。该团队的工程师之一宋绍阳指出，扫描细节越多，数据就越准确。不过，机械臂绝不能接触文物。“文物的价值意味着没有试错的余地，”宋绍阳说。为了确保文物的安全，该团队的软件和机械工程师实施了多种保护机制。

智能算法

硬件方面，他们选用了性能优异的国产相机，保证基础数据的稳定；软件方面，他们通过智能算法优化扫描路径。三年过去了，宋绍阳还记得用该设备扫描的第一件文物：故宫博物院提供的清代掐丝珐琅麒麟像。这件文物的造型、工艺、材质之复杂，对设备的扫描和分析能力提出了极大挑战。

当团队小心翼翼地把造像放到探测平台上，启动设备时，全场所有人都紧张起来。结果没有让人失望，一丝不苟的扫描分析，生成了详细的元素报告。许琼介绍，自2024年起，该设备已在安徽淮南武王墩墓、故宫博物院、山西陶寺遗址等多家文物考古机构应用。该设备已用于扫描的文物范围广泛，从漆器、珐琅器到古剑、石器、金银器等，不一而足。最近，陈志强等团队成员将该设备带到了武王墩墓考古现场，对编钟支架进行了多面扫描，成功重构了其彩绘表面的完整元素分布。他们对编钟架兽面图案的复杂分析令考古学家惊叹不已。兽面的主要颜料为铜元素，兽面本身含有汞元素颜料，眼白和耳边区域为钙元素，微量的砷元素起到了装饰作用。有了这份报告，考古学家可以生动地想象出古代战争和宫廷盛况的场景。

该设备还对编钟架兽面图案的工艺进行了开创性的洞察。传统上，人们认为黑色基底和红色漆层需要先涂上炭黑颜料，然后再涂上朱砂，以描绘面部特征。然而，使用该设备进行元素分析发现了挑战先前假设的新成分。许琼说：“我们根据以前的应用对该设备进行了几次升级，并基本完成了下一代迭代，将于今年推出。我们的团队由充满活力和创新精神的年轻研究人员组成，他们充满决心和解决问题的精神。未来，我们将开发更多专业设备来应对跨学科挑战。”