Di dalam robot penyelesaian kiub Rubik terpantas di dunia

Mesin penyelesaian kiub Rubik yang memecahkan rekod dunia sekumpulan pelajar. Foto: NVCC .

Sekumpulan pelajar Universiti Purdue baru-baru ini mencipta Rekod Dunia Guinness baharu dengan robot yang mereka reka sendiri, menyelesaikan Kiub Rubik hanya dalam 0.103 saat. Ini adalah tiga kali lebih pantas daripada rekod sebelumnya yang dibuat oleh robot lain.

Rekod itu tidak dicapai oleh robot yang bergerak lebih pantas. Para pelajar menggabungkan sistem kamera berkelajuan tinggi tetapi beresolusi rendah, Rubik's Cube yang disesuaikan untuk ketahanan, dan teknik penyelesaian istimewa yang popular di kalangan profesional penyelesaian kelajuan.

Perbezaan utama daripada pesaing

Perlumbaan untuk membina robot penyelesaian Kiub Rubik bermula pada 2014, apabila robot yang dibina daripada kit Lego Mindstorms dan menggunakan telefon Samsung Galaxy S4 menyelesaikan kiub itu dalam hanya 3.253 saat. Pada Mei 2024, jurutera di Mitsubishi Electric di Jepun mendakwa memegang rekod dunia dengan robot menyelesaikan kiub dalam 0.305 saat.

Untuk mengurangkan masa robot kepada kurang setengah saat, pasukan itu membuang komponen Lego dan sebaliknya menggunakan bahagian yang dioptimumkan seperti motor industri. Tetapi untuk mencapai markah 0.103 saat, pasukan Purdue mengubah kelajuan di mana robot mereka boleh "melihat" kocok Rubik's Cube.

Penyelesai kelajuan boleh memerhati kiub sebelum pemasa bermula. Walau bagaimanapun, pemasa juga akan mengambil kira masa yang diambil oleh robot untuk mengenal pasti di mana setiap petak berwarna pada muka.

Pelajar menggunakan dua kamera penglihatan mesin Flir berkelajuan tinggi, dengan resolusi hanya 720x540 piksel, diletakkan di dua sudut bertentangan kubus. Setiap kamera secara serentak boleh memerhatikan tiga muka kubus dalam satu tangkapan yang berlangsung hanya 10 mikrosaat.

Teknologi pengecaman warna yang sangat pantas dari robot. Foto: NVCC.

Kamera konvensional masih memerlukan masa untuk memproses data daripada sensor dan mengubahnya menjadi imej digital. Walau bagaimanapun, Purdubik's Cube, sebagai robot pelajar, menggunakan sistem pengecaman imej tersuai yang melangkau langkah pemprosesan imej sepenuhnya.

Sistem ini memfokuskan pada kawasan yang sangat kecil (128x124 piksel) dalam bingkai yang ditangkap oleh setiap kamera, mengurangkan jumlah data yang perlu diproses. Data sensor mentah dihantar terus ke sistem pengesanan warna berkelajuan tinggi yang menggunakan nilai RGB dari kawasan sampel yang lebih kecil untuk menentukan warna lebih cepat daripada kaedah konvensional dan AI.

Kaedah ini, walaupun kurang stabil, boleh memenuhi keperluan utama pasukan. "Walaupun ketepatannya hanya 90%, itu sudah cukup baik. Apa yang kami perlukan adalah kepantasan," kata Patrohay, seorang pelajar dalam kumpulan itu.

Optimumkan keseluruhan sistem

Patrohay berkata bahawa setiap robot pemecah rekod sebelumnya biasanya bertambah baik pada satu elemen yang menonjol. Robot pasukan pelajar MIT (2018) memfokuskan pada penggunaan perkakasan industri berprestasi tinggi. Pasukan Mitsubishi Electric memilih motor elektrik khusus, direka untuk mengoptimumkan putaran setiap muka kiub Rubik.

Sementara itu, pasukan Purdue memilih perisian luar biasa untuk mengoptimumkan keseluruhan sistem, daripada kamera, pemprosesan imej, perkakasan, kepada algoritma penyelesaian. Mereka menggunakan Rob-Twophase Elias Frantar, algoritma penyelesaian Kiub Rubik khusus untuk robot, membolehkan mereka memanfaatkan keupayaan istimewa seperti memutar dua muka Rubik pada masa yang sama.

Pasukan itu juga menggunakan teknik yang membolehkan mereka mula memutar satu sisi kubus sebelum melengkapkan putaran sisi lain yang berserenjang dengannya. Kaedah ini menjimatkan banyak masa, tetapi juga berisiko merosakkan atau bahkan menghancurkan kiub jika pemasaan salah atau terlalu banyak daya dikenakan. Oleh itu, pelajar juga terpaksa menyesuaikan kiub untuk menahan daya dan beroperasi dengan lancar dengan teknik ini.

Mengikut peraturan Persatuan Rubik Dunia (WCA), peserta boleh menyesuaikan Kiub Rubik mereka sendiri, selagi ia masih boleh berputar dan berfungsi sebagai kiub standard, dengan 9 petak berwarna pada setiap muka, dan 6 muka dengan 6 warna berbeza. Pemain boleh menggunakan bahan selain daripada plastik, tetapi bahagian yang berwarna mesti mempunyai tekstur permukaan yang sama.

6 motor seperti ini akan dipasang pada sisi yang tinggal, ditugaskan untuk memutar kiub Rubik. Foto: NVCC.

Untuk meningkatkan ketahanan, pasukan Purdue menaik taraf struktur dalaman kiub dengan versi cetakan 3D tersuai yang diperbuat daripada resin nilon SLS yang lebih kuat. Pelinciran dan peningkatan ketegangan juga membantu mengurangkan overshoot dan meningkatkan kawalan.

Kiub Purdubik menggunakan enam motor yang dipasang pada aci logam yang berpusat pada setiap muka kubus. Selepas menguji beberapa kaedah berbeza, pasukan itu menggunakan sistem gerakan trapezoid yang membolehkan robot menjajarkan setiap muka dengan tepat apabila ia berhenti.

Patrohay percaya Purdubik boleh memecahkan rekodnya sendiri jika kiub itu dibuat daripada bahan yang lebih tahan lama selain daripada plastik. "Jika anda membuat kiub khusus sepenuhnya daripada komposit gentian karbon, saya fikir ia akan dapat mengendalikan kelajuan yang lebih tinggi. Anda boleh terus mengurangkan masa," katanya.

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