À l'intérieur du robot résolvant le Rubik's Cube le plus rapide au monde

La machine à résoudre le Rubik's Cube, un record du monde , réalisée par un groupe d'étudiants. Photo : NVCC .

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, résolvant un Rubik's Cube en seulement 0,103 seconde. C'est trois fois plus rapide que le précédent record établi par un autre robot.

Le record n'a pas été établi par un robot plus rapide. Les étudiants ont combiné un système de caméra haute vitesse mais basse résolution, un Rubik's Cube conçu pour durer et une technique de résolution spéciale, populaire auprès des professionnels de la résolution rapide.

Principales différences avec les concurrents

La course à la construction d'un robot capable de résoudre le Rubik's Cube a débuté en 2014, lorsqu'un robot construit à partir d'un kit Lego Mindstorms et utilisant un téléphone Samsung Galaxy S4 a résolu le cube en seulement 3,253 secondes. En mai 2024, les ingénieurs de Mitsubishi Electric au Japon ont revendiqué le record du monde avec un robot résolvant le cube en 0,305 seconde.

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

Le solveur de vitesse peut observer le cube avant le démarrage du chronomètre. Cependant, le chronomètre prend également en compte le temps nécessaire au robot pour identifier la position de chaque carré coloré sur les faces.

Les étudiants ont utilisé deux caméras de vision artificielle Flir haute vitesse, d'une résolution de seulement 720 x 540 pixels, placées aux deux coins opposés du cube. Chaque caméra peut observer simultanément trois faces du cube en une seule prise de vue de seulement 10 microsecondes.

Technologie de reconnaissance des couleurs extrêmement rapide d'un robot. Photo : NVCC.

Les caméras conventionnelles ont encore besoin de temps pour traiter les données du capteur et les transformer en image numérique. Cependant, le Cube de Purdubik, nom du robot des étudiants, utilise un système de reconnaissance d'images personnalisé qui évite entièrement l'étape de traitement.

Le système se concentre sur une très petite zone (128 x 124 pixels) de l'image capturée par chaque caméra, réduisant ainsi la quantité de données à traiter. Les données brutes du capteur sont envoyées directement à un système de détection des couleurs ultra-rapide qui utilise les valeurs RVB de zones d'échantillonnage encore plus petites pour déterminer la couleur plus rapidement que les méthodes conventionnelles et l'IA.

Cette méthode, bien que moins stable, pouvait répondre au besoin principal de l'équipe. « Même avec une précision de seulement 90 %, ce serait suffisant. Ce dont nous avions vraiment besoin, c'était de rapidité », a déclaré Patrohay, un étudiant du groupe.

Optimiser l'ensemble du système

Patrohay a expliqué que chaque robot ayant battu des records améliorait généralement un élément essentiel. Le robot de l'équipe d'étudiants du MIT (2018) s'est concentré sur l'utilisation de matériel industriel haute performance. L'équipe de Mitsubishi Electric a choisi un moteur électrique spécialisé, conçu pour optimiser la rotation de chaque face du Rubik's Cube.

Parallèlement, l'équipe de Purdue a choisi un logiciel standard pour optimiser l'ensemble du système, de la caméra au traitement d'image, en passant par le matériel et l'algorithme de résolution. Elle a utilisé Rob-Twophase d'Elias Frantar, un algorithme de résolution de Rubik's Cube spécialement conçu pour les robots, permettant d'exploiter des fonctionnalités spéciales comme la rotation simultanée de deux faces de Rubik's Cube.

L'équipe a également utilisé une technique permettant de commencer la rotation d'un côté du cube avant de terminer la rotation de l'autre côté perpendiculairement à celui-ci. Cette méthode permet un gain de temps considérable, mais présente également un risque d'endommager, voire de briser, le cube en cas de mauvais timing ou d'application d'une force excessive. Les étudiants ont donc dû personnaliser le cube pour qu'il résiste à la force et fonctionne parfaitement grâce à cette technique.

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

Six moteurs similaires seront fixés aux côtés restants, chargés de faire tourner le Rubik's Cube. Photo : NVCC.

Pour accroître la durabilité, l'équipe de Purdue a amélioré la structure interne du cube avec une version imprimée en 3D sur mesure, fabriquée à partir d'une résine de nylon SLS plus résistante. La lubrification et la tension accrue contribuent également à réduire le dépassement et à améliorer le contrôle.

Le cube de Purdubik utilise six moteurs fixés à un arbre métallique centré sur chaque face du cube. Après avoir testé plusieurs méthodes, l'équipe a opté pour un système de mouvement trapézoïdal qui permet au robot d'aligner précisément chaque face à l'arrêt.

Patrohay estime que Purdubik aurait pu battre son propre record si le cube avait été fabriqué dans un matériau plus résistant que le plastique. « Si un cube dédié avait été fabriqué entièrement en composite de fibre de carbone, je pense qu'il aurait pu supporter des vitesses plus élevées. On aurait pu continuer à réduire le temps », a-t-il déclaré.

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