Uvnitř nejrychlejšího robota na světě, který skládá Rubikovu kostku.

Stroj na skládání Rubikovy kostky, který vytvořila skupina studentů, vytvořil světový rekord. Foto: Poskytl tým .

Skupina studentů Purdueovy univerzity nedávno vytvořila nový Guinnessův světový rekord s robotem, kterého sami navrhli. Dokázal složit Rubikovu kostku za pouhých 0,103 sekundy. To je třikrát rychlejší než předchozí rekord, který vytvořil jiný robot.

Za rekordem nestál robot, který by se pohyboval rychleji. Studentský tým zkombinoval vysokorychlostní kamerový systém s nízkým rozlišením, speciálně navrženou Rubikovu kostku pro větší odolnost a speciální techniku skládání, která je oblíbená mezi rychlými luštiteli Rubikových kostek.

Klíčové odlišnosti oproti konkurenci.

Závod ve stavbě robotů skládajících Rubikovu kostku začal v roce 2014, kdy robot sestavený ze stavebnice Lego Mindstorms s použitím telefonu Samsung Galaxy S4 složil Rubikovu kostku za pouhých 3,253 sekundy. V květnu 2024 inženýři ze společnosti Mitsubishi Electric v Japonsku dosáhli světového rekordu, když robot složil Rubikovu kostku za 0,305 sekundy.

Aby se doba skládání Rubikovy kostky robota zkrátila pod půl sekundy, tým opustil používání komponentů Lega a místo toho použil optimalizované díly, jako jsou průmyslové motory. Aby však tým z Purdue dosáhl hranice 0,103 sekundy, zdokonalil rychlost, s jakou jejich robot dokázal „vidět“ pohyb Rubikovy kostky.

Luštiteli Rubikovy kostky na rychlost mohou kostku pozorovat před spuštěním časovače. Časovač však také zohlední čas, který robot potřebuje k identifikaci umístění každého barevného čtverce na stěnách.

Skupina studentů použila dvě vysokorychlostní kamery strojového vidění od společnosti Flir s rozlišením pouhých 720x540 pixelů, umístěné v protilehlých rozích Rubikovy kostky. Každá kamera dokázala současně pozorovat tři stěny kostky v jediném záběru trvajícím pouhých 10 mikrosekund.

Technologie robota pro extrémně rychlé rozpoznávání barev. Foto: Poskytl autor.

Konvenční fotoaparáty stále potřebují čas na zpracování dat ze senzoru a jejich převod do digitální podoby. Purdubikova kostka, robot vytvořený studentskou skupinou, však používá vlastní systém rozpoznávání obrazu, který tento krok zpracování obrazu zcela obchází.

Tento systém se zaměřuje na velmi malou oblast (128x124 pixelů) v rámci snímku, který každá kamera zaznamenává, čímž se snižuje množství dat, která je třeba zpracovat. Nezpracovaná data ze senzorů jsou odesílána přímo do vysokorychlostního systému detekce barev, který využívá hodnoty RGB z ještě menších oblastí vzorku k rychlejšímu určení barvy než konvenční metody i metody s umělou inteligencí.

I když je tato metoda méně stabilní, dokáže zajistit splnění primárního požadavku skupiny. „I když je přesnost pouze 90 %, stále to stačí. Co opravdu potřebujeme, je rychlost,“ sdělil Patrohay, student ve skupině.

Optimalizujte celý systém.

Patrohay tvrdí, že každý předchozí robot, který překonal rekordy, obvykle vylepšil pouze jednu vynikající vlastnost. Robot od studentského týmu MIT (2018) se zaměřil na použití vysoce výkonného průmyslového hardwaru. Tým Mitsubishi Electric zvolil specializované elektromotory, optimalizované pro otáčení každé strany Rubikovy kostky.

Tým z Purdue se mezitím rozhodl pro snadno dostupný software pro optimalizaci celého systému, od kamery a zpracování obrazu až po hardware a řešicí algoritmy. Použili Rob-Twophase od Eliase Frantara, algoritmus pro skládání Rubikovy kostky speciálně navržený pro roboty, který jim umožňuje využívat speciální schopnosti, jako je současné otáčení obou stran Rubikovy kostky.

Skupina také využila techniku, která jim umožňuje začít otáčet jednou stranou Rubikovy kostky před dokončením rotace druhé strany kolmo k ní. Tato metoda šetří značný čas, ale hrozí poškození nebo dokonce rozbití Rubikovy kostky, pokud je načasování nesprávné nebo je použita příliš velká síla. Studenti proto museli Rubikovu kostku dále upravit, aby odolala síle a s touto technikou fungovala hladce.

Podle pravidel Světové asociace skládaček Rubikovy kostky (WCA) si účastníci mohou svou Rubikovu kostku přizpůsobit, pokud se stále dokáže otáčet a funguje jako standardní kostka s 9 barevnými čtverečky na každé straně a 6 stranami se 6 různými barvami. Hráči mohou použít i jiné materiály než plast, ale barevné části musí mít stejnou povrchovou texturu.

Šest podobných motorů bude připevněno ke zbývajícím stranám a bude mít za úkol otáčet Rubikovou kostku. Foto: Poskytl autor.

Pro zvýšení odolnosti vylepšil tým Purdue vnitřní strukturu Rubikovy kostky pomocí vlastní 3D tištěné verze s použitím pevnější nylonové pryskyřice SLS. Zvýšené mazání a napětí zároveň pomáhají snížit nadměrné otáčení a zlepšit kontrolu.

Purdubikova kostka využívá šest motorů připevněných k kovovým hřídelím umístěným uprostřed každé stěny Rubikovy kostky. Po experimentování s různými metodami se tým rozhodl použít lichoběžníkový pohybový systém, aby robot mohl přesně zarovnat každou stěnu po zastavení.

Patrohay věří, že Purdubik by mohl překonat svůj vlastní rekord, kdyby byla Rubikova kostka odolnější a vyrobená z jiného materiálu než plastu. „Kdybyste si vyrobili specializovanou Rubikovu kostku výhradně z kompozitu z uhlíkových vláken, myslím, že by odolala vyšším rychlostem. To by vám umožnilo ještě více zkrátit čas,“ řekl.

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