داخل أسرع روبوت لحل مكعب روبيك في العالم

آلة حل مكعب روبيك التي حطمت الرقم القياسي العالمي لمجموعة من الطلاب. الصورة: NVCC .

سجّلت مجموعة من طلاب جامعة بيردو مؤخرًا رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا في موسوعة غينيس بفضل روبوت من تصميمهم، حيث حلّوا مكعب روبيك في 0.103 ثانية فقط. وهذا أسرع بثلاث مرات من الرقم القياسي السابق الذي سجّله روبوت آخر.

لم يُحقق هذا الرقم القياسي بفضل روبوت أسرع حركة. بل جمع الطلاب بين نظام كاميرا عالي السرعة ولكنه منخفض الدقة، ومكعب روبيك مصمم خصيصًا للمتانة، وتقنية حل خاصة شائعة بين محترفي حل المشكلات السريعة.

الاختلافات الرئيسية عن المنافسين

بدأ سباق روبوتات مكعب روبيك عام ٢٠١٤، عندما حلّ روبوت مُصمّم من مجموعة ليغو مايندستورمز، ويعمل بهاتف سامسونج جالاكسي إس ٤، المكعب في ٣.٢٥٣ ثانية فقط. في مايو ٢٠٢٤، زعم مهندسو شركة ميتسوبيشي إلكتريك في اليابان أنهم سجّلوا الرقم القياسي العالمي بحل روبوت للمكعب في ٠.٣٠٥ ثانية.

لتقليص زمن حل الروبوت إلى أقل من نصف ثانية، تخلى الفريق عن مكونات ليغو واستبدلها بأجزاء مُحسّنة مثل المحركات الصناعية. ولكن للوصول إلى 0.103 ثانية، عدّل فريق جامعة بيردو سرعة رؤية روبوتهم لحركة مكعب روبيك.

يستطيع مُحَلِّل السرعة مُلاحظة المكعب قبل بدء المُؤقِّت. ومع ذلك، سيأخذ المُؤقِّت في الاعتبار أيضًا الوقت الذي يستغرقه الروبوت لتحديد موقع كل مربع مُلوَّن على الوجوه.

استخدم الطلاب كاميرتين عاليتي السرعة للرؤية الآلية من نوع فلير، بدقة 720×540 بكسل فقط، موضوعتين في زاويتين متقابلتين من المكعب. استطاعت كل كاميرا رصد ثلاثة أوجه من المكعب في آنٍ واحد في لقطة واحدة مدتها 10 ميكروثانية فقط.

تقنية روبوت فائقة السرعة للتعرف على الألوان. الصورة: NVCC.

لا تزال الكاميرات التقليدية تحتاج إلى وقت لمعالجة بيانات المستشعر وتحويلها إلى صورة رقمية. ومع ذلك، يستخدم روبوت الطلاب "مكعب بوردوبيك" نظامًا مخصصًا للتعرف على الصور يتخطى خطوة معالجة الصور تمامًا.

يُركز النظام على مساحة صغيرة جدًا (128 × 124 بكسل) في الإطار الذي تلتقطه كل كاميرا، مما يُقلل من كمية البيانات المطلوبة للمعالجة. تُرسل بيانات المستشعر الخام مباشرةً إلى نظام كشف ألوان عالي السرعة، يستخدم قيم RGB من مساحات عينات أصغر لتحديد الألوان بشكل أسرع من الطرق التقليدية والذكاء الاصطناعي.

على الرغم من عدم استقرار الطريقة، إلا أنها تُلبي متطلبات الفريق الأساسية. يقول باتروهاي، أحد الطلاب في الفريق: "حتى لو كانت الدقة 90% فقط، فهذا لا يزال كافيًا. ما نحتاجه حقًا هو السرعة".

تحسين النظام بأكمله

قال باتروهاي إن كل روبوت حطم الرقم القياسي السابق كان عادةً ما يُحسّن عنصرًا بارزًا واحدًا. ركّز روبوت فريق طلاب معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (2018) على استخدام معدات صناعية عالية الأداء. واختار فريق ميتسوبيشي إلكتريك محركًا كهربائيًا متخصصًا، مُصمّمًا لتحسين دوران كل وجه من وجوه مكعب روبيك.

في هذه الأثناء، اختار فريق جامعة بيردو برمجيات جاهزة لتحسين النظام بأكمله، بدءًا من الكاميرا، ومعالجة الصور، والأجهزة، وصولًا إلى خوارزمية الحل. استخدموا خوارزمية روب-توفاس من إلياس فرانتار، وهي خوارزمية لحل مكعب روبيك مصممة خصيصًا للروبوتات، مما أتاح لهم الاستفادة من قدرات خاصة مثل تدوير وجهي مكعب روبيك في الوقت نفسه.

استخدم الفريق أيضًا تقنيةً تُمكّنهم من بدء تدوير أحد جانبي المكعب قبل إكمال دوران الجانب الآخر عموديًا عليه. تُوفّر هذه الطريقة الكثير من الوقت، لكنها قد تُعرّض المكعب للتلف أو حتى التحطيم إذا كان التوقيت خاطئًا أو إذا طُبّقت عليه قوة زائدة. لذلك، اضطر الطلاب أيضًا إلى تعديل المكعب ليتحمل القوة ويعمل بسلاسة باستخدام هذه التقنية.

وفقًا لقواعد رابطة روبيك العالمية (WCA)، يُمكن للمشاركين تخصيص مكعب روبيك خاص بهم، شريطة أن يكون قابلًا للدوران ويعمل كمكعب عادي، مع 9 مربعات ملونة على كل وجه، و6 وجوه بستة ألوان مختلفة. يُمكن للاعبين استخدام مواد غير البلاستيك، بشرط أن يكون للأجزاء الملونة نفس ملمس السطح.

سيتم تثبيت ستة محركات كهذه على الجوانب المتبقية، لتتولى مهمة تدوير مكعب روبيك. الصورة: NVCC.

لزيادة المتانة، قام فريق جامعة بيردو بتحديث الهيكل الداخلي للمكعب بنسخة مطبوعة ثلاثية الأبعاد مخصصة مصنوعة من بلاستيك نايلون SLS أقوى. كما يساعد التزييت وزيادة الشد على تقليل تجاوز الحد وزيادة التحكم.

يستخدم مكعب بوردوبيك ستة محركات متصلة بعمود معدني متمركز على كل وجه من وجوه المكعب. بعد اختبار عدة طرق مختلفة، استقر الفريق على نظام حركة شبه منحرف يسمح للروبوت بمحاذاة كل وجه بدقة عند التوقف.

يعتقد باتروهاي أن بوردوبيك كان ليحطم رقمه القياسي لو صُنع المكعب من مادة أكثر متانة من البلاستيك. وقال: "لو صُنع مكعب مخصص بالكامل من ألياف الكربون المركبة، أعتقد أنه كان سيتمكن من تحمل سرعات أعلى. كان بإمكانك الاستمرار في تقليل الوقت".

المصدر: https://znews.vn/ben-trong-robot-giai-rubik-nhanh-nhat-the-gioi-post1557575.html