À l'intérieur du robot résolveur de Rubik's Cube le plus rapide au monde.

La machine à résoudre le Rubik's Cube, créée par un groupe d'étudiants, a établi un record du monde . Photo : Fournie par l'équipe .

Un groupe d'étudiants de l'université Purdue a récemment établi un nouveau record du monde Guinness avec un robot qu'ils ont conçu eux-mêmes, capable de résoudre un Rubik's Cube en seulement 0,103 seconde. C'est trois fois plus rapide que le précédent record établi par un autre robot.

Ce record n'était pas dû à un robot plus rapide. L'équipe d'étudiants a combiné un système de caméra haute vitesse mais basse résolution, un Rubik's Cube conçu sur mesure pour une durabilité accrue et une technique de résolution spéciale prisée des spécialistes du Rubik's Cube rapide.

Principaux éléments de différenciation par rapport à la concurrence.

La course aux robots capables de résoudre le Rubik's Cube a débuté en 2014, lorsqu'un robot assemblé à partir d'un kit Lego Mindstorms et utilisant un téléphone Samsung Galaxy S4 a résolu le Rubik's Cube en seulement 3,253 secondes. En mai 2024, des ingénieurs de Mitsubishi Electric au Japon ont établi un nouveau record du monde avec un robot résolvant le Rubik's Cube en 0,305 seconde.

Pour réduire le temps de résolution du Rubik's Cube par le robot à moins d'une demi-seconde, l'équipe a abandonné les composants Lego au profit de pièces optimisées, comme des moteurs industriels. Mais pour atteindre la barre des 0,103 seconde, l'équipe de Purdue a perfectionné la vitesse à laquelle son robot pouvait « voir » le mélange du Rubik's Cube.

Les robots capables de résoudre rapidement le Rubik's Cube peuvent observer le cube avant le démarrage du chronomètre. Cependant, ce dernier prend également en compte le temps nécessaire au robot pour identifier l'emplacement de chaque carré coloré sur les faces.

Le groupe d'étudiants a utilisé deux caméras de vision industrielle haute vitesse de Flir, d'une résolution de seulement 720 x 540 pixels, placées aux coins opposés du Rubik's Cube. Chaque caméra pouvait observer simultanément trois faces du cube en une seule prise de vue de seulement 10 microsecondes.

Technologie de reconnaissance des couleurs extrêmement rapide du robot. Photo : Fournie par l’auteur.

Les appareils photo classiques nécessitent toujours du temps pour traiter les données du capteur et les convertir en image numérique. Cependant, le Cube de Purdubik, le robot créé par le groupe d'étudiants, utilise un système de reconnaissance d'images personnalisé qui s'affranchit totalement de cette étape de traitement.

Ce système se concentre sur une zone très réduite (128 x 124 pixels) au sein de l'image enregistrée par chaque caméra, diminuant ainsi la quantité de données à traiter. Les données brutes des capteurs sont directement envoyées à un système de détection de couleurs haute vitesse, qui utilise les valeurs RVB de zones d'échantillonnage encore plus petites pour déterminer la couleur plus rapidement que les méthodes conventionnelles et celles basées sur l'IA.

Bien que cette méthode soit moins fiable, elle permet de répondre à l'exigence principale du groupe. « Même avec une précision de seulement 90 %, c'est suffisant. Ce dont nous avons vraiment besoin, c'est de rapidité », a expliqué Patrohay, un étudiant membre du groupe.

Optimiser l'ensemble du système.

Patrohay soutient que chaque robot ayant battu un record auparavant n'a généralement amélioré qu'une seule caractéristique remarquable. Le robot de l'équipe d'étudiants du MIT (2018) s'est concentré sur l'utilisation de composants industriels haute performance. L'équipe de Mitsubishi Electric a choisi des moteurs électriques spécialisés, optimisés pour la rotation de chaque face du Rubik's Cube.

Parallèlement, l'équipe de Purdue a opté pour un logiciel facilement accessible afin d'optimiser l'ensemble du système, de la caméra et du traitement d'images au matériel et aux algorithmes de résolution. Ils ont utilisé Rob-Twophase d'Elias Frantar, un algorithme de résolution du Rubik's Cube spécialement conçu pour les robots, ce qui leur a permis d'exploiter des capacités particulières telles que la rotation simultanée des deux faces du Rubik's Cube.

Le groupe a également utilisé une technique permettant de commencer la rotation d'une face du Rubik's Cube avant de terminer la rotation de l'autre face perpendiculaire. Cette méthode permet un gain de temps considérable, mais elle risque d'endommager, voire de briser le Rubik's Cube si le timing est mauvais ou si une force excessive est appliquée. Les étudiants ont donc dû adapter le Rubik's Cube pour qu'il résiste à la force exercée et fonctionne correctement avec cette technique.

Selon les règles de la World Rubik's Cube Association (WCA), les participants peuvent personnaliser leur Rubik's Cube, à condition qu'il puisse toujours tourner et fonctionner comme un cube standard, avec 9 carrés de couleur sur chaque face et 6 faces de 6 couleurs différentes. Les joueurs peuvent utiliser des matériaux autres que le plastique, mais les sections colorées doivent avoir la même texture de surface.

Six moteurs de ce type seront fixés sur les faces restantes et auront pour fonction de faire tourner le Rubik's Cube. Photo : Fournie par l'auteur.

Pour accroître sa durabilité, l'équipe de Purdue a amélioré la structure interne du Rubik's Cube grâce à une version imprimée en 3D sur mesure, utilisant une résine de nylon SLS plus résistante. L'amélioration de la lubrification et de la tension contribue simultanément à réduire la surrotation et à améliorer le contrôle.

Le Cube de Purdubik utilise six moteurs fixés à des axes métalliques situés au centre de chaque face du Rubik's Cube. Après avoir expérimenté différentes méthodes, l'équipe a opté pour un système de mouvement trapézoïdal afin que le robot puisse aligner précisément chaque face à l'arrêt.

Patrohay pense que Purdubik pourrait battre son propre record si le Rubik's Cube était plus résistant et fabriqué dans un matériau autre que le plastique. « Si l'on fabriquait un Rubik's Cube spécialisé entièrement en composite de fibre de carbone, je pense qu'il supporterait des vitesses plus élevées. Cela permettrait de réduire encore le temps », a-t-il déclaré.

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