نگاهی به سریع‌ترین ربات حل‌کننده مکعب روبیک جهان

این ربات با تکنیک‌ها و بهبودهای کاملاً متفاوت در مقایسه با رقبای قبلی، رکورد جهانی حل سریع‌ترین مکعب روبیک در ۰.۱۰۳ ثانیه را در اختیار دارد.

دستگاه حل مکعب روبیک رکورددار جهانی توسط گروهی از دانش‌آموزان. عکس: NVCC .

گروهی از دانشجویان دانشگاه پردو اخیراً با رباتی که خودشان طراحی کرده‌اند، رکورد جهانی گینس جدیدی را ثبت کردند و مکعب روبیک را تنها در ۰.۱۰۳ ثانیه حل کردند. این زمان سه برابر سریع‌تر از رکورد قبلی ثبت شده توسط یک ربات دیگر است.

این رکورد توسط یک ربات سریع‌تر به دست نیامده است. دانش‌آموزان یک سیستم دوربین پرسرعت اما با وضوح پایین، یک مکعب روبیک سفارشی‌شده برای دوام بیشتر و یک تکنیک حل ویژه که در بین متخصصان حل سریع رایج است را با هم ترکیب کردند.

تفاوت‌های کلیدی با رقبا

رقابت برای ساخت ربات حل کننده مکعب روبیک در سال ۲۰۱۴ آغاز شد، زمانی که رباتی ساخته شده از کیت لگو ماینداستورمز و با استفاده از یک گوشی سامسونگ گلکسی اس ۴ این مکعب را تنها در ۳.۲۵۳ ثانیه حل کرد. در ماه مه ۲۰۲۴، مهندسان شرکت میتسوبیشی الکتریک در ژاپن ادعا کردند که رکورد جهانی را با رباتی که مکعب را در ۰.۳۰۵ ثانیه حل می‌کند، در اختیار دارند.

برای اینکه زمان ربات به کمتر از نیم ثانیه برسد، تیم قطعات لگو را کنار گذاشت و در عوض از قطعات بهینه‌شده‌ای مانند موتورهای صنعتی استفاده کرد. اما برای رسیدن به زمان ۰.۱۰۳ ثانیه، تیم پردو سرعتی را که رباتشان می‌توانست حرکت مکعب روبیک را «ببیند» تغییر داد.

حل‌کننده سرعت می‌تواند مکعب را قبل از شروع تایمر مشاهده کند. با این حال، تایمر زمانی را که ربات برای شناسایی محل هر مربع رنگی روی وجوه صرف می‌کند، نیز در نظر می‌گیرد.

دانشجویان از دو دوربین بینایی ماشین پرسرعت Flir با وضوح تصویر تنها ۷۲۰ در ۵۴۰ پیکسل استفاده کردند که در دو گوشه‌ی مقابل مکعب قرار داده شده بودند. هر دوربین می‌تواند به طور همزمان سه وجه مکعب را در یک تصویر که تنها ۱۰ میکروثانیه طول می‌کشد، مشاهده کند.

فناوری تشخیص رنگ بسیار سریع ربات. عکس: NVCC.

دوربین‌های معمولی هنوز برای پردازش داده‌های حسگر و تبدیل آن به تصویر دیجیتال به زمان نیاز دارند. با این حال، ربات Purdubik's Cube، همانطور که ربات این دانشجویان نامیده می‌شود، از یک سیستم تشخیص تصویر سفارشی استفاده می‌کند که مرحله پردازش تصویر را به طور کامل حذف می‌کند.

این سیستم روی یک ناحیه بسیار کوچک (۱۲۸x۱۲۴ پیکسل) در فریم ثبت شده توسط هر دوربین تمرکز می‌کند و میزان داده‌هایی را که باید پردازش شوند کاهش می‌دهد. داده‌های خام حسگر مستقیماً به یک سیستم تشخیص رنگ پرسرعت ارسال می‌شوند که از مقادیر RGB از نواحی نمونه حتی کوچک‌تر برای تعیین رنگ سریع‌تر از روش‌های مرسوم و هوش مصنوعی استفاده می‌کند.

این روش، اگرچه پایداری کمتری دارد، اما می‌تواند نیاز اصلی تیم را برآورده کند. پاتروهی، یکی از دانشجویان این گروه، گفت: «حتی اگر دقت فقط ۹۰٪ باشد، کافی است. چیزی که ما واقعاً به آن نیاز داشتیم سرعت بود.»

بهینه سازی کل سیستم

پاتروهی گفت که هر ربات رکوردشکن قبلی معمولاً در یک عنصر برجسته بهبود یافته است. ربات تیم دانشجویی MIT (2018) بر استفاده از سخت‌افزار صنعتی با کارایی بالا تمرکز داشت. تیم میتسوبیشی الکتریک یک موتور الکتریکی تخصصی را انتخاب کرد که برای بهینه‌سازی چرخش هر وجه مکعب روبیک طراحی شده است.

در همین حال، تیم پردو نرم‌افزارهای آماده را برای بهینه‌سازی کل سیستم، از دوربین، پردازش تصویر، سخت‌افزار گرفته تا الگوریتم حل، انتخاب کرد. آن‌ها از الگوریتم حل مکعب روبیک الیاس فرانتار، Rob-Twophase، که مخصوص ربات‌ها است، استفاده کردند و به آن‌ها اجازه دادند از قابلیت‌های ویژه‌ای مانند چرخاندن دو وجه روبیک به طور همزمان بهره ببرند.

این تیم همچنین از تکنیکی استفاده کرد که به آنها اجازه می‌داد قبل از تکمیل چرخش ضلع دیگر مکعب به صورت عمود بر آن، چرخش یک طرف مکعب را شروع کنند. این روش باعث صرفه‌جویی زیادی در زمان می‌شود، اما در صورت زمان‌بندی نادرست یا اعمال نیروی بیش از حد، خطر آسیب دیدن یا حتی خرد شدن مکعب را نیز به همراه دارد. بنابراین، دانش‌آموزان مجبور بودند مکعب را طوری تنظیم کنند که در برابر نیرو مقاومت کند و با این تکنیک به راحتی کار کند.

طبق قوانین انجمن جهانی روبیک (WCA)، شرکت‌کنندگان می‌توانند مکعب روبیک خود را سفارشی‌سازی کنند، البته تا زمانی که همچنان بتواند بچرخد و به عنوان یک مکعب استاندارد عمل کند، با ۹ مربع رنگی در هر وجه، و ۶ وجه با ۶ رنگ مختلف. بازیکنان می‌توانند از موادی غیر از پلاستیک استفاده کنند، اما قسمت‌های رنگی باید بافت سطحی یکسانی داشته باشند.

۶ موتور مانند این به اضلاع باقی مانده متصل خواهند شد که وظیفه چرخاندن مکعب روبیک را بر عهده دارند. عکس: NVCC

برای افزایش دوام، تیم پردو ساختار داخلی مکعب را با یک نسخه چاپ سه‌بعدی سفارشی ساخته شده از رزین نایلونی SLS قوی‌تر ارتقا داد. روانکاری و افزایش تنش نیز به کاهش جهش بیش از حد و بهبود کنترل کمک می‌کند.

مکعب Purdubik از شش موتور متصل به یک شفت فلزی که در مرکز هر وجه مکعب قرار دارد، استفاده می‌کند. پس از آزمایش چندین روش مختلف، تیم روی یک سیستم حرکتی ذوزنقه‌ای به توافق رسید که به ربات اجازه می‌دهد هنگام توقف، هر وجه را به طور دقیق تراز کند.

پاتروهی معتقد است که اگر مکعب از ماده‌ای بادوام‌تر از پلاستیک ساخته شده بود، پوردوبیک می‌توانست رکورد خودش را بشکند. او گفت: «اگر یک مکعب اختصاصی را کاملاً از کامپوزیت فیبر کربن می‌ساختید، فکر می‌کنم می‌توانست سرعت‌های بالاتری را تحمل کند. می‌توانستید به کاهش زمان ادامه دهید.»

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