Dentro del robot que resuelve el cubo de Rubik más rápido del mundo

El robot tiene el récord mundial por resolver el cubo de Rubik más rápido en 0,103 segundos, con técnicas y mejoras completamente diferentes en comparación con los competidores anteriores.

La máquina para resolver el cubo de Rubik, récord mundial, de un grupo de estudiantes. Foto: NVCC .

Un grupo de estudiantes de la Universidad de Purdue estableció recientemente un nuevo récord mundial Guinness con un robot diseñado por ellos mismos, resolviendo un cubo de Rubik en tan solo 0,103 segundos. Esto es tres veces más rápido que el récord anterior establecido por otro robot.

El récord no lo logró un robot más rápido. Los estudiantes combinaron un sistema de cámara de alta velocidad pero baja resolución, un cubo de Rubik personalizado para mayor durabilidad y una técnica de resolución especial popular entre los profesionales de la resolución rápida.

Diferencias clave con respecto a la competencia

La Carrera de Robots del Cubo de Rubik comenzó en 2014, cuando un robot construido con un kit de Lego Mindstorms y alimentado por un Samsung Galaxy S4 resolvió el cubo en tan solo 3,253 segundos. En mayo de 2024, los ingenieros de Mitsubishi Electric en Japón afirmaron tener el récord mundial con un robot que resolvió el cubo en 0,305 segundos.

Para reducir el tiempo de resolución del robot a menos de medio segundo, el equipo eliminó los componentes de Lego y los reemplazó con piezas optimizadas, como motores industriales. Pero para alcanzar la marca de 0,103 segundos, el equipo de Purdue ajustó la velocidad a la que su robot podía "ver" el movimiento del Cubo de Rubik.

El solucionador de velocidad puede observar el cubo antes de que comience el cronómetro. Sin embargo, este también tendrá en cuenta el tiempo que tarda el robot en identificar dónde está cada cuadrado de color en las caras.

Los estudiantes utilizaron dos cámaras de visión artificial Flir de alta velocidad, con una resolución de tan solo 720x540 píxeles, ubicadas en esquinas opuestas del cubo. Cada cámara podía observar simultáneamente tres caras del cubo en una sola toma de tan solo 10 microsegundos.

Tecnología de reconocimiento de color extremadamente rápida del robot. Foto: NVCC.

Las cámaras convencionales aún necesitan tiempo para procesar los datos del sensor y convertirlos en una imagen digital. Sin embargo, el Cubo de Purdubik, como se llama el robot de los estudiantes, utiliza un sistema de reconocimiento de imágenes personalizado que omite por completo el procesamiento de la imagen.

El sistema se centra en un área muy pequeña (128x124 píxeles) del fotograma capturado por cada cámara, lo que reduce la cantidad de datos que se deben procesar. Los datos sin procesar del sensor se envían directamente a un sistema de detección de color de alta velocidad que utiliza valores RGB de áreas de muestra aún más pequeñas para determinar los colores más rápido que los métodos convencionales y la IA.

Aunque el método es inestable, puede cumplir con el requisito del equipo. "Incluso si la precisión es solo del 90 %, es suficiente. Lo que realmente necesitamos es velocidad", dijo Patrohay, un estudiante del equipo.

Optimizar todo el sistema

Patrohay afirmó que cada robot que batió récords anteriormente solía mejorar un elemento destacado. El robot del equipo de estudiantes del MIT (2018) se centró en el uso de hardware industrial de alto rendimiento. El equipo de Mitsubishi Electric eligió un motor eléctrico especializado, diseñado para optimizar la rotación de cada cara del Cubo de Rubik.

Mientras tanto, el equipo de Purdue eligió software comercial para optimizar todo el sistema, desde la cámara, el procesamiento de imágenes y el hardware hasta el algoritmo de resolución. Utilizaron Rob-Twophase de Elias Frantar, un algoritmo para resolver el cubo de Rubik específicamente para robots, lo que les permitió aprovechar capacidades especiales como la rotación simultánea de dos caras del cubo.

El equipo también utilizó una técnica que les permitía comenzar a rotar un lado del cubo antes de completar la rotación del otro lado perpendicular a él. Este método ahorra mucho tiempo, pero también corre el riesgo de dañar o incluso romper el cubo si no se realiza correctamente o si se aplica demasiada fuerza. Por lo tanto, los estudiantes también tuvieron que adaptar el cubo para que resistiera la fuerza y ​​funcionara con fluidez con esta técnica.

Según las reglas de la Asociación Mundial de Rubik (WCA), los participantes pueden personalizar su propio Cubo de Rubik, siempre que pueda girar y funcionar como un cubo estándar, con 9 cuadrados de colores en cada cara y 6 caras de 6 colores diferentes. Se pueden usar materiales distintos del plástico, pero las piezas de color deben tener la misma textura superficial.

Seis motores como este se acoplarán a los lados restantes, encargados de girar el cubo de Rubik. Foto: NVCC.

Para aumentar la durabilidad, el equipo de Purdue mejoró la estructura interna del cubo con una versión impresa en 3D a medida, fabricada con un plástico de nailon SLS más resistente. La lubricación y el aumento de la tensión también ayudan a reducir el sobreimpulso y a mejorar el control.

El Cubo de Purdubik utiliza seis motores conectados a un eje metálico centrado en cada cara del cubo. Tras probar varios métodos, el equipo optó por un sistema de movimiento trapezoidal que permite al robot alinear con precisión cada cara al detenerse.

Patrohay cree que Purdubik podría haber batido su propio récord si el cubo se hubiera fabricado con un material más duradero que el plástico. "Si se hubiera fabricado un cubo específico íntegramente con compuesto de fibra de carbono, creo que habría podido soportar velocidades más altas. Se podría haber seguido reduciendo el tiempo", afirmó.

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