Por dentro do robô solucionador de Cubo de Rubik mais rápido do mundo.

A máquina para resolver o Cubo de Rubik, criada por um grupo de estudantes, estabeleceu um recorde mundial . Foto: Fornecida pela equipe .

Um grupo de estudantes da Universidade Purdue estabeleceu recentemente um novo recorde mundial do Guinness com um robô que eles mesmos projetaram, capaz de resolver um Cubo de Rubik em apenas 0,103 segundos. Isso é três vezes mais rápido que o recorde anterior, estabelecido por outro robô.

Por trás do recorde não estava um robô que se movia mais rápido. A equipe de estudantes combinou um sistema de câmeras de alta velocidade, porém de baixa resolução, um Cubo de Rubik personalizado para maior durabilidade e uma técnica especial de resolução popular entre os solucionadores de Cubo de Rubik de alta velocidade.

Principais diferenciais em relação aos concorrentes.

A corrida para construir robôs capazes de resolver o Cubo de Rubik começou em 2014, quando um robô montado com um kit Lego Mindstorms e usando um celular Samsung Galaxy S4 resolveu o Cubo de Rubik em apenas 3,253 segundos. Em maio de 2024, engenheiros da Mitsubishi Electric, no Japão, reivindicaram o recorde mundial com um robô que resolveu o Cubo de Rubik em 0,305 segundos.

Para reduzir o tempo de resolução do Cubo de Rubik pelo robô para menos de meio segundo, a equipe abandonou o uso de componentes de Lego e, em vez disso, utilizou peças otimizadas, como motores industriais. Mas, para atingir a marca de 0,103 segundos, a equipe de Purdue refinou a velocidade com que seu robô conseguia "enxergar" o embaralhamento do Cubo de Rubik.

Os solucionadores de Cubo de Rubik mais rápidos podem observar o cubo antes do início da contagem do tempo. No entanto, o cronômetro também levará em consideração o tempo que o robô leva para identificar a localização de cada quadrado colorido nas faces.

O grupo de estudantes utilizou duas câmeras de visão computacional de alta velocidade da Flir, com resolução de apenas 720x540 pixels, posicionadas em cantos opostos do Cubo de Rubik. Cada câmera conseguia observar simultaneamente três faces do cubo em uma única captura com duração de apenas 10 microssegundos.

Tecnologia de reconhecimento de cores extremamente rápida do robô. Foto: Fornecida pelo autor.

As câmeras convencionais ainda precisam de tempo para processar os dados do sensor e convertê-los em uma imagem digital. No entanto, o Cube de Purdubik, o robô criado pelo grupo de estudantes, utiliza um sistema personalizado de reconhecimento de imagem que elimina completamente essa etapa de processamento.

Este sistema concentra-se numa área muito pequena (128x124 pixels) dentro do quadro que cada câmara regista, reduzindo a quantidade de dados que precisam de ser processados. Os dados brutos dos sensores são enviados diretamente para um sistema de deteção de cores de alta velocidade, que utiliza valores RGB de regiões de amostra ainda menores para determinar a cor mais rapidamente do que os métodos convencionais e de IA.

Embora esse método seja menos estável, ele garante que a principal necessidade do grupo seja atendida. "Mesmo que a precisão seja de apenas 90%, ainda é suficiente. O que realmente precisamos é de velocidade", compartilhou Patrohay, um aluno do grupo.

Otimize todo o sistema.

Patrohay argumenta que cada robô recordista anterior geralmente aprimorava apenas uma característica excepcional. O robô da equipe de estudantes do MIT (2018) focou no uso de hardware industrial de alto desempenho. A equipe da Mitsubishi Electric escolheu motores elétricos especializados, otimizados para girar cada face do Cubo de Rubik.

Enquanto isso, a equipe de Purdue optou por um software já disponível para otimizar todo o sistema, desde a câmera e o processamento de imagem até o hardware e os algoritmos de resolução. Eles usaram o Rob-Twophase de Elias Frantar, um algoritmo de resolução do Cubo de Rubik projetado especificamente para robôs, permitindo-lhes aproveitar recursos especiais, como girar os dois lados do Cubo de Rubik simultaneamente.

O grupo também utilizou uma técnica que permite começar a girar um lado do Cubo de Rubik antes de completar a rotação do outro lado perpendicular a ele. Esse método economiza bastante tempo, mas apresenta o risco de danificar ou até mesmo quebrar o Cubo de Rubik se o tempo estiver errado ou se muita força for aplicada. Portanto, os alunos tiveram que modificar ainda mais o Cubo de Rubik para que ele suportasse a força e funcionasse sem problemas com essa técnica.

De acordo com as regras da Associação Mundial de Cubo de Rubik (WCA), os participantes podem personalizar seu Cubo de Rubik, desde que ele ainda possa girar e funcionar como um cubo padrão, com 9 quadrados coloridos em cada face e 6 faces com 6 cores diferentes. Os jogadores podem usar materiais diferentes de plástico, mas as seções coloridas devem ter a mesma textura de superfície.

Seis motores como esses serão fixados nas faces restantes, com a função de girar o Cubo de Rubik. Foto: Fornecida pelo autor.

Para aumentar a durabilidade, a equipe da Purdue aprimorou a estrutura interna do Cubo de Rubik com uma versão personalizada impressa em 3D, utilizando uma resina de nylon SLS mais resistente. O aumento da lubrificação e da tensão simultaneamente ajuda a reduzir a rotação excessiva e a melhorar o controle.

O Cubo de Purdubik utiliza seis motores acoplados a eixos metálicos localizados no centro de cada face do Cubo de Rubik. Após experimentar diversos métodos, a equipe optou por utilizar um sistema de movimento trapezoidal para que o robô pudesse alinhar com precisão cada face ao parar.

Patrohay acredita que Purdubik poderia quebrar seu próprio recorde se o Cubo de Rubik fosse mais durável e feito de um material diferente do plástico. "Se você fizesse um Cubo de Rubik especializado inteiramente de um composto de fibra de carbono, acho que ele suportaria velocidades mais altas. Isso permitiria reduzir ainda mais o tempo", disse ele.

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