Μέσα στο ταχύτερο ρομπότ επίλυσης κύβου του Ρούμπικ στον κόσμο.

Το ρομπότ κατέχει το παγκόσμιο ρεκόρ για τον ταχύτερο λύτη του κύβου του Ρούμπικ, ολοκληρώνοντάς τον σε 0,103 δευτερόλεπτα, χρησιμοποιώντας τεχνικές και βελτιώσεις που είναι εντελώς διαφορετικές από τους προηγούμενους ανταγωνιστές.

Η μηχανή επίλυσης κύβου του Ρούμπικ που δημιουργήθηκε από μια ομάδα φοιτητών κατέρριψε παγκόσμιο ρεκόρ. Φωτογραφία: Παρέχεται από την ομάδα .

Μια ομάδα φοιτητών του Πανεπιστημίου Purdue κατέρριψε πρόσφατα ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ Γκίνες με ένα ρομπότ που σχεδίασαν οι ίδιοι, ικανό να λύσει έναν κύβο του Ρούμπικ σε μόλις 0,103 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι τρεις φορές πιο γρήγορο από το προηγούμενο ρεκόρ που είχε καταγραφεί από άλλο ρομπότ.

Πίσω από το ρεκόρ δεν βρισκόταν κάποιο ρομπότ που κινούνταν πιο γρήγορα. Η ομάδα των φοιτητών συνδύασε ένα σύστημα κάμερας υψηλής ταχύτητας αλλά χαμηλής ανάλυσης, έναν ειδικά σχεδιασμένο κύβο του Ρούμπικ για αυξημένη ανθεκτικότητα και μια ειδική τεχνική επίλυσης δημοφιλής μεταξύ των λάτρεις του κύβου του Ρούμπικ με ταχύτητα.

Βασικά διαφοροποιητικά στοιχεία σε σύγκριση με τους ανταγωνιστές.

Ο αγώνας για την κατασκευή ρομπότ που λύνουν τον κύβο του Ρούμπικ ξεκίνησε το 2014, όταν ένα ρομπότ που συναρμολογήθηκε από ένα κιτ Lego Mindstorms και χρησιμοποιώντας ένα τηλέφωνο Samsung Galaxy S4 έλυσε τον κύβο του Ρούμπικ σε μόλις 3,253 δευτερόλεπτα. Τον Μάιο του 2024, οι μηχανικοί της Mitsubishi Electric στην Ιαπωνία κατέκτησαν το παγκόσμιο ρεκόρ με ένα ρομπότ που έλυσε τον κύβο του Ρούμπικ σε 0,305 δευτερόλεπτα.

Για να μειώσει τον χρόνο επίλυσης του κύβου του Ρούμπικ από το ρομπότ σε λιγότερο από μισό δευτερόλεπτο, η ομάδα εγκατέλειψε τη χρήση εξαρτημάτων Lego και χρησιμοποίησε αντ' αυτού βελτιστοποιημένα εξαρτήματα, όπως βιομηχανικούς κινητήρες. Αλλά για να επιτύχει το όριο των 0,103 δευτερολέπτων, η ομάδα του Purdue βελτίωσε την ταχύτητα με την οποία το ρομπότ τους μπορούσε να «δει» την κίνηση του κύβου του Ρούμπικ.

Οι λύτες του κύβου του Ρούμπικ με ταχύτητα μπορούν να παρατηρήσουν τον κύβο πριν ξεκινήσει το χρονόμετρο. Ωστόσο, το χρονόμετρο θα λάβει επίσης υπόψη τον χρόνο που χρειάζεται το ρομπότ για να αναγνωρίσει τη θέση κάθε χρωματιστού τετραγώνου στις έδρες.

Η ομάδα των φοιτητών χρησιμοποίησε δύο κάμερες μηχανικής όρασης υψηλής ταχύτητας από την Flir, με ανάλυση μόλις 720x540 pixel, τοποθετημένες σε αντίθετες γωνίες του κύβου του Ρούμπικ. Κάθε κάμερα μπορούσε να παρατηρήσει ταυτόχρονα τρεις έδρες του κύβου σε μία μόνο λήψη που διαρκούσε μόνο 10 μικροδευτερόλεπτα.

Η εξαιρετικά γρήγορη τεχνολογία αναγνώρισης χρωμάτων του ρομπότ. Φωτογραφία: Παρέχεται από τον συγγραφέα.

Οι συμβατικές κάμερες χρειάζονται ακόμα χρόνο για να επεξεργαστούν δεδομένα από τον αισθητήρα και να τα μετατρέψουν σε ψηφιακή εικόνα. Ωστόσο, το Purdubik's Cube, το ρομπότ που δημιουργήθηκε από την ομάδα φοιτητών, χρησιμοποιεί ένα προσαρμοσμένο σύστημα αναγνώρισης εικόνας που παρακάμπτει εντελώς αυτό το βήμα επεξεργασίας εικόνας.

Αυτό το σύστημα εστιάζει σε μια πολύ μικρή περιοχή (128x124 pixel) εντός του καρέ που καταγράφει κάθε κάμερα, μειώνοντας την ποσότητα δεδομένων που πρέπει να υποστούν επεξεργασία. Τα ακατέργαστα δεδομένα από τους αισθητήρες αποστέλλονται απευθείας σε ένα σύστημα ανίχνευσης χρώματος υψηλής ταχύτητας, το οποίο χρησιμοποιεί τιμές RGB από ακόμη μικρότερες περιοχές δείγματος για να προσδιορίσει το χρώμα ταχύτερα από τις συμβατικές μεθόδους και τις μεθόδους AI.

Αν και αυτή η μέθοδος είναι λιγότερο σταθερή, μπορεί να διασφαλίσει ότι ικανοποιείται η κύρια απαίτηση της ομάδας. «Ακόμα κι αν η ακρίβεια είναι μόνο 90%, αυτό είναι αρκετό. Αυτό που πραγματικά χρειαζόμαστε είναι ταχύτητα», μοιράστηκε ο Patrohay, ένας μαθητής της ομάδας.

Βελτιστοποιήστε ολόκληρο το σύστημα.

Ο Patrohay υποστηρίζει ότι κάθε προηγούμενο ρομπότ που έσπασε το ρεκόρ συνήθως βελτίωνε μόνο ένα εξαιρετικό χαρακτηριστικό. Το ρομπότ της φοιτητικής ομάδας του MIT (2018) επικεντρώθηκε στη χρήση βιομηχανικού υλικού υψηλής απόδοσης. Η ομάδα της Mitsubishi Electric επέλεξε εξειδικευμένους ηλεκτροκινητήρες, βελτιστοποιημένους για την περιστροφή κάθε όψης του κύβου του Ρούμπικ.

Εν τω μεταξύ, η ομάδα του Purdue επέλεξε άμεσα διαθέσιμο λογισμικό για τη βελτιστοποίηση ολόκληρου του συστήματος, από την κάμερα και την επεξεργασία εικόνας έως το υλικό και τους αλγόριθμους επίλυσης. Χρησιμοποίησαν τον Rob-Twophase του Elias Frantar, έναν αλγόριθμο επίλυσης κύβου του Ρούμπικ ειδικά σχεδιασμένο για ρομπότ, που τους επέτρεπε να αξιοποιούν ειδικές δυνατότητες, όπως η ταυτόχρονη περιστροφή και των δύο πλευρών του κύβου του Ρούμπικ.

Η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης μια τεχνική που τους επιτρέπει να ξεκινήσουν την περιστροφή της μίας πλευράς του κύβου του Ρούμπικ πριν ολοκληρώσουν την περιστροφή της άλλης πλευράς κάθετα σε αυτήν. Αυτή η μέθοδος εξοικονομεί σημαντικό χρόνο, αλλά υπάρχει κίνδυνος να προκληθεί ζημιά ή ακόμα και θρυμματισμός του κύβου του Ρούμπικ εάν ο χρονισμός είναι λάθος ή εάν χρησιμοποιηθεί υπερβολική δύναμη. Ως εκ τούτου, οι μαθητές έπρεπε να προσαρμόσουν περαιτέρω τον κύβο του Ρούμπικ ώστε να αντέχει τη δύναμη και να λειτουργεί ομαλά με αυτήν την τεχνική.

Σύμφωνα με τους κανόνες του Παγκόσμιου Συνδέσμου Κύβου Ρούμπικ (WCA), οι συμμετέχοντες μπορούν να προσαρμόσουν τον Κύβο του Ρούμπικ, εφόσον μπορεί να περιστρέφεται και να λειτουργεί σαν ένας τυπικός κύβος, με 9 χρωματιστά τετράγωνα σε κάθε όψη και 6 έδρες με 6 διαφορετικά χρώματα. Οι παίκτες μπορούν να χρησιμοποιήσουν υλικά εκτός από πλαστικό, αλλά τα χρωματιστά τμήματα πρέπει να έχουν την ίδια υφή επιφάνειας.

Έξι κινητήρες σαν αυτούς θα είναι προσαρτημένοι στις υπόλοιπες πλευρές, με στόχο την περιστροφή του κύβου του Ρούμπικ. Φωτογραφία: Παρέχεται από τον συγγραφέα.

Για να αυξήσει την ανθεκτικότητα, η ομάδα του Purdue αναβάθμισε την εσωτερική δομή του κύβου του Ρούμπικ με μια προσαρμοσμένη τρισδιάστατα εκτυπωμένη έκδοση χρησιμοποιώντας μια πιο σκληρή νάιλον ρητίνη SLS. Η αυξημένη λίπανση και τάση ταυτόχρονα βοηθούν στη μείωση της υπερβολικής περιστροφής και στη βελτίωση του ελέγχου.

Ο Κύβος του Πούρντουμπικ χρησιμοποιεί έξι κινητήρες που είναι προσαρτημένοι σε μεταλλικούς άξονες που βρίσκονται στο κέντρο κάθε όψης του Κύβου του Ρούμπικ. Αφού πειραματίστηκε με διάφορες μεθόδους, η ομάδα επέλεξε να χρησιμοποιήσει ένα τραπεζοειδές σύστημα κίνησης, ώστε το ρομπότ να μπορεί να ευθυγραμμίζει με ακρίβεια κάθε όψη όταν σταματάει.

Ο Patrohay πιστεύει ότι ο Purdubik θα μπορούσε να σπάσει το δικό του ρεκόρ αν ο κύβος του Ρούμπικ ήταν πιο ανθεκτικός και κατασκευασμένος από υλικό διαφορετικό από το πλαστικό. «Αν φτιάχνατε έναν εξειδικευμένο κύβο του Ρούμπικ εξ ολοκλήρου από σύνθετο υλικό από ανθρακονήματα, νομίζω ότι θα άντεχε υψηλότερες ταχύτητες. Αυτό θα σας επέτρεπε να μειώσετε περαιτέρω τον χρόνο», είπε.

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