Di dalam robot pemecah kubus Rubik tercepat di dunia

Mesin pemecah rekor dunia Rubik's Cube karya sekelompok siswa. Foto: NVCC .

Sekelompok mahasiswa Universitas Purdue baru-baru ini mencetak Rekor Dunia Guinness baru dengan robot yang mereka rancang sendiri, memecahkan Rubik's Cube hanya dalam 0,103 detik. Rekor ini tiga kali lebih cepat daripada rekor sebelumnya yang dibuat oleh robot lain.

Rekor tersebut tidak diraih oleh robot yang bergerak lebih cepat. Para siswa menggabungkan sistem kamera berkecepatan tinggi namun beresolusi rendah, sebuah Rubik's Cube yang dirancang khusus agar tahan lama, dan teknik pemecahan masalah khusus yang populer di kalangan profesional pemecahan masalah kecepatan.

Perbedaan utama dari pesaing

Perlombaan membangun robot pemecah Kubus Rubik dimulai pada tahun 2014, ketika sebuah robot yang dibuat dari kit Lego Mindstorms dan menggunakan ponsel Samsung Galaxy S4 berhasil memecahkan kubus tersebut hanya dalam waktu 3,253 detik. Pada bulan Mei 2024, para insinyur di Mitsubishi Electric di Jepang mengklaim telah memegang rekor dunia dengan robot yang memecahkan kubus tersebut dalam waktu 0,305 detik.

Untuk mempersingkat waktu robot hingga di bawah setengah detik, tim membuang komponen Lego dan menggunakan komponen yang dioptimalkan seperti motor industri. Namun, untuk mencapai angka 0,103 detik, tim Purdue menyesuaikan kecepatan robot mereka agar dapat "melihat" gerakan Kubus Rubik.

Pemecah kecepatan dapat mengamati kubus sebelum penghitung waktu dimulai. Namun, penghitung waktu juga akan memperhitungkan waktu yang dibutuhkan robot untuk mengidentifikasi letak setiap kotak berwarna pada permukaannya.

Para mahasiswa menggunakan dua kamera penglihatan mesin Flir berkecepatan tinggi, dengan resolusi hanya 720x540 piksel, yang ditempatkan di dua sudut kubus yang berlawanan. Setiap kamera dapat mengamati tiga sisi kubus secara bersamaan dalam satu bidikan yang berdurasi hanya 10 mikrodetik.

Teknologi pengenalan warna robot yang sangat cepat. Foto: NVCC.

Kamera konvensional masih membutuhkan waktu untuk memproses data dari sensor dan mengubahnya menjadi gambar digital. Namun, Kubus Purdubik, sebutan untuk robot para siswa ini, menggunakan sistem pengenalan gambar khusus yang sepenuhnya melewati tahap pemrosesan gambar.

Sistem ini berfokus pada area yang sangat kecil (128x124 piksel) dalam bingkai yang ditangkap oleh setiap kamera, sehingga mengurangi jumlah data yang perlu diproses. Data sensor mentah dikirim langsung ke sistem deteksi warna berkecepatan tinggi yang menggunakan nilai RGB dari area sampel yang lebih kecil untuk menentukan warna lebih cepat daripada metode konvensional maupun AI.

Metode ini, meskipun kurang stabil, dapat memenuhi persyaratan utama tim. "Sekalipun akurasinya hanya 90%, itu sudah cukup baik. Yang kami butuhkan sebenarnya adalah kecepatan," kata Patrohay, salah satu mahasiswa dalam kelompok tersebut.

Optimalkan seluruh sistem

Patrohay mengatakan bahwa setiap robot pemecah rekor sebelumnya biasanya meningkatkan satu elemen utama. Robot tim mahasiswa MIT (2018) berfokus pada penggunaan perangkat keras industri berkinerja tinggi. Tim Mitsubishi Electric memilih motor listrik khusus yang dirancang untuk mengoptimalkan rotasi setiap permukaan kubus Rubik.

Sementara itu, tim Purdue memilih perangkat lunak siap pakai untuk mengoptimalkan keseluruhan sistem, mulai dari kamera, pemrosesan gambar, perangkat keras, hingga algoritma penyelesaian. Mereka menggunakan Rob-Twophase karya Elias Frantar, sebuah algoritma penyelesaian Kubus Rubik khusus untuk robot, yang memungkinkan mereka memanfaatkan kemampuan khusus seperti memutar dua sisi Rubik secara bersamaan.

Tim juga menggunakan teknik yang memungkinkan mereka untuk mulai memutar satu sisi kubus sebelum menyelesaikan putaran sisi lainnya yang tegak lurus. Metode ini menghemat banyak waktu, tetapi juga berisiko merusak atau bahkan menghancurkan kubus jika waktunya salah atau terlalu banyak gaya yang diberikan. Oleh karena itu, para siswa juga harus menyesuaikan kubus agar dapat menahan gaya dan beroperasi dengan lancar dengan teknik ini.

Menurut aturan Asosiasi Rubik Dunia (WCA), peserta dapat mengkustomisasi Kubus Rubik mereka sendiri, asalkan kubus tersebut masih dapat berputar dan berfungsi seperti kubus standar, dengan 9 kotak berwarna di setiap sisinya, dan 6 sisi dengan 6 warna berbeda. Pemain dapat menggunakan bahan selain plastik, tetapi bagian-bagian yang berwarna harus memiliki tekstur permukaan yang sama.

Enam motor seperti ini akan dipasang di sisi-sisi yang tersisa, bertugas memutar kubus Rubik. Foto: NVCC.

Untuk meningkatkan daya tahan, tim Purdue meningkatkan struktur internal kubus dengan versi cetak 3D khusus yang terbuat dari resin nilon SLS yang lebih kuat. Pelumasan dan peningkatan tegangan juga membantu mengurangi overshoot dan meningkatkan kontrol.

Kubus Purdubik menggunakan enam motor yang terpasang pada poros logam yang berpusat di setiap sisi kubus. Setelah menguji beberapa metode berbeda, tim memutuskan untuk menggunakan sistem gerak trapesium yang memungkinkan robot untuk menyelaraskan setiap sisi secara presisi saat berhenti.

Patrohay yakin Purdubik bisa memecahkan rekornya sendiri jika kubus tersebut terbuat dari bahan yang lebih tahan lama selain plastik. "Jika Anda membuat kubus khusus yang seluruhnya terbuat dari komposit serat karbon, saya rasa kubus itu akan mampu menangani kecepatan yang lebih tinggi. Anda bisa terus mengurangi waktu tempuhnya," ujarnya.

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