בתוך הרובוט לפתרון קוביית רוביק המהיר בעולם.

מכונת פתרון קוביית רוביק שנוצרה על ידי קבוצת סטודנטים קבעה שיא עולם . צילום: סופק על ידי הצוות .

קבוצת סטודנטים מאוניברסיטת פרדו קבעה לאחרונה שיא עולם חדש של גינס עם רובוט שעיצבו בעצמם, המסוגל לפתור קוביית רוביק תוך 0.103 שניות בלבד. זה פי שלושה מהר יותר מהשיא הקודם שנקבע על ידי רובוט אחר.

מאחורי השיא לא היה רובוט שנע מהר יותר. צוות הסטודנטים שילב מערכת מצלמה במהירות גבוהה אך ברזולוציה נמוכה, קוביית רוביק שעוצבה במיוחד לעמידות מוגברת, וטכניקת פתרון מיוחדת הפופולרית בקרב פותרי קוביות רוביק מהירות.

מאפייני בידול עיקריים בהשוואה למתחרים.

המירוץ לבניית רובוטים לפתרון קוביית הונגריה החל בשנת 2014, כאשר רובוט שהורכב מערכה של לגו מיינדסטורס ובאמצעות טלפון סמסונג גלקסי S4 פתר את קוביית הונגריה תוך 3.253 שניות בלבד. במאי 2024, מהנדסים בחברת מיצובישי אלקטריק ביפן טענו לשיא עולם עם רובוט שפתר את קוביית הונגריה תוך 0.305 שניות.

כדי להפחית את זמן פתרון קוביית ההונגריה של הרובוט לפחות מחצי שנייה, הצוות זנח את השימוש ברכיבי לגו ובמקום זאת השתמש בחלקים אופטימליים כמו מנועים תעשייתיים. אך כדי להגיע לרף של 0.103 שניות, צוות פרדו שיכלל את המהירות שבה הרובוט שלהם יכול היה "לראות" את קוביית ההונגריה המהירה.

פותרי קוביית רוביק המהירה יכולים לצפות בקובייה לפני שהטיימר מתחיל. עם זאת, הטיימר יתחשב גם בזמן שלוקח לרובוט לזהות את מיקום כל ריבוע צבעוני על הפאות.

קבוצת הסטודנטים השתמשה בשתי מצלמות ראייה ממוחשבת במהירות גבוהה של Flir, ברזולוציה של 720x540 פיקסלים בלבד, שהוצבו בפינות מנוגדות של קוביית רוביק. כל מצלמה יכלה לצפות בו זמנית בשלוש פאות של הקובייה בצילום אחד שנמשך 10 מיקרו-שניות בלבד.

טכנולוגיית זיהוי הצבעים המהירה ביותר של הרובוט. צילום: סופק על ידי המחבר.

מצלמות קונבנציונליות עדיין זקוקות לזמן כדי לעבד נתונים מהחיישן ולהמיר אותם לתמונה דיגיטלית. עם זאת, קוביית פורדוביק, הרובוט שנוצר על ידי קבוצת הסטודנטים, משתמשת במערכת זיהוי תמונה מותאמת אישית שעוקפת לחלוטין את שלב עיבוד התמונה הזה.

מערכת זו מתמקדת באזור קטן מאוד (128x124 פיקסלים) בתוך הפריים שכל מצלמה מקליטה, מה שמפחית את כמות הנתונים שיש לעבד. נתונים גולמיים מהחיישנים נשלחים ישירות למערכת זיהוי צבעים במהירות גבוהה, המשתמשת בערכי RGB מאזורי דגימה קטנים עוד יותר כדי לקבוע צבע מהר יותר משיטות קונבנציונליות ובינה מלאכותית כאחד.

למרות ששיטה זו פחות יציבה, היא יכולה להבטיח שהדרישה העיקרית של הקבוצה תעמוד במבחן. "גם אם הדיוק הוא רק 90%, זה עדיין מספיק טוב. מה שאנחנו באמת צריכים זה מהירות", שיתף פטרוהיי, סטודנט בקבוצה.

אופטימיזציה של המערכת כולה.

פטרוגיי טוען שכל רובוט שובר שיאים קודם שיפר בדרך כלל רק תכונה יוצאת דופן אחת. הרובוט של צוות הסטודנטים של MIT (2018) התמקד בשימוש בחומרה תעשייתית בעלת ביצועים גבוהים. צוות מיצובישי אלקטריק בחר במנועים חשמליים ייעודיים, המותאמים לסיבוב כל פאה של קוביית רוביק.

בינתיים, צוות פרדו בחר בתוכנה זמינה בקלות כדי לייעל את המערכת כולה, החל מהמצלמה ועיבוד התמונה ועד לחומרה ואלגוריתמי הפתרון. הם השתמשו ב-Rob-Twophase של אליאס פרנטר, אלגוריתם פתרון קוביית רוביק שתוכנן במיוחד עבור רובוטים, ומאפשר להם למנף יכולות מיוחדות כמו סיבוב שני צידי הקובייה בו זמנית.

הקבוצה גם השתמשה בטכניקה המאפשרת להם להתחיל לסובב צד אחד של קוביית רוביק לפני השלמת סיבוב הצד השני המאונך לה. שיטה זו חוסכת זמן רב, אך היא מסכנת נזק או אפילו ריסוק של קוביית רוביק אם התזמון שגוי או שמופעל כוח רב מדי. לכן, התלמידים היו צריכים להתאים אישית עוד יותר את קוביית רוביק כדי לעמוד בכוח ולפעול בצורה חלקה עם טכניקה זו.

על פי כללי איגוד קוביית ההונגריה העולמי (WCA), משתתפים יכולים להתאים אישית את קוביית ההונגריה שלהם, כל עוד היא עדיין יכולה להסתובב ולתפקד כמו קובייה סטנדרטית, עם 9 ריבועים צבעוניים על כל פאה, ו-6 פאות עם 6 צבעים שונים. שחקנים יכולים להשתמש בחומרים שאינם פלסטיק, אך החלקים הצבעוניים חייבים להיות בעלי מרקם פני שטח זהה.

שישה מנועים כאלה יחוברו לצדדים הנותרים, ותפקידם יהיה לסובב את קוביית רוביק. צילום: סופק על ידי המחבר.

כדי להגביר את העמידות, צוות Purdue שדרג את המבנה הפנימי של קוביית רוביק עם גרסה מודפסת תלת-ממדית מותאמת אישית המשתמשת בשרף ניילון SLS קשיח יותר. שימון ומתח מוגברים בו זמנית מסייעים להפחית סיבוב יתר ולשפר את השליטה.

קוביית פורדוביק משתמשת בשישה מנועים המחוברים לצירים מתכתיים הממוקמים במרכז כל פאה של קוביית רוביק. לאחר ניסויים בשיטות שונות, הצוות בחר להשתמש במערכת תנועה טרפזית כך שהרובוט יוכל ליישר במדויק כל פאה כשהוא עוצר.

פטרוההיי מאמין שפורדוביק יוכל לשבור את השיא שלו אם קוביית רוביק הייתה עמידה יותר ועשויה מחומר שאינו פלסטיק. "אם הייתם מייצרים קוביית רוביק מיוחדת כולה מפחמן מרוכב, אני חושב שהיא הייתה עומדת במהירויות גבוהות יותר. זה היה מאפשר לכם לקצר עוד יותר את הזמן", אמר.

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