În interiorul celui mai rapid robot de rezolvare a cubului Rubik din lume.

Mașina de rezolvat cub Rubik creată de un grup de studenți a stabilit un record mondial . Fotografie: Furnizată de echipă .

Un grup de studenți de la Universitatea Purdue a stabilit recent un nou record mondial Guinness cu un robot pe care l-au proiectat singuri, capabil să rezolve un cub Rubik în doar 0,103 secunde. Aceasta este o viteză de trei ori mai mare decât recordul anterior stabilit de un alt robot.

În spatele recordului nu s-a aflat un robot care s-a mișcat mai repede. Echipa de studenți a combinat un sistem de camere de mare viteză, dar cu rezoluție redusă, un cub Rubik personalizat pentru o durabilitate sporită și o tehnică specială de rezolvare a problemelor, populară printre cei care rezolvă rapid cub Rubik.

Diferențiatori cheie în comparație cu concurența.

Cursa pentru construirea de roboți care rezolvă Cubul Rubik a început în 2014, când un robot asamblat dintr-un kit Lego Mindstorms și folosind un telefon Samsung Galaxy S4 a rezolvat Cubul Rubik în doar 3,253 secunde. În mai 2024, inginerii de la Mitsubishi Electric din Japonia au revendicat recordul mondial cu un robot care a rezolvat Cubul Rubik în 0,305 secunde.

Pentru a reduce timpul de rezolvare a Cubului Rubik de către robot la sub o jumătate de secundă, echipa a abandonat utilizarea componentelor Lego și a folosit în schimb piese optimizate, cum ar fi motoarele industriale. Dar pentru a atinge pragul de 0,103 secunde, echipa Purdue a rafinat viteza cu care robotul lor putea „vedea” mișcările Cubului Rubik.

Rezolvatorii de cuburi Rubik pot observa cubul înainte ca cronometrul să pornească. Cu toate acestea, cronometrul va lua în considerare și timpul necesar robotului pentru a identifica locația fiecărui pătrat colorat de pe fețe.

Grupul de studenți a folosit două camere de viziune artificială de mare viteză de la Flir, cu o rezoluție de doar 720x540 pixeli, plasate în colțuri opuse ale cubului Rubik. Fiecare cameră putea observa simultan trei fețe ale cubului într-o singură fotografie care dura doar 10 microsecunde.

Tehnologia extrem de rapidă de recunoaștere a culorilor a robotului. Fotografie: Furnizată de autor.

Camerele convenționale au nevoie de timp pentru a procesa datele de la senzor și a le converti într-o imagine digitală. Cu toate acestea, Purdubik's Cube, robotul creat de grupul de studenți, folosește un sistem personalizat de recunoaștere a imaginilor care ocolește complet această etapă de procesare a imaginilor.

Acest sistem se concentrează pe o zonă foarte mică (128x124 pixeli) din cadrul înregistrat de fiecare cameră, reducând cantitatea de date care trebuie procesată. Datele brute de la senzori sunt trimise direct către un sistem de detectare a culorilor de mare viteză, care utilizează valori RGB din regiuni de eșantionare și mai mici pentru a determina culoarea mai rapid decât metodele convenționale și cele ale inteligenței artificiale.

Deși această metodă este mai puțin stabilă, ea poate asigura îndeplinirea cerinței principale a grupului. „Chiar dacă precizia este de doar 90%, este totuși suficient. Ceea ce ne trebuie cu adevărat este viteza”, a declarat Patrohay, un student din grup.

Optimizați întregul sistem.

Patrohay susține că fiecare robot care a doborât recorduri anterior a îmbunătățit, de obicei, doar o caracteristică remarcabilă. Robotul realizat de echipa de studenți MIT (2018) s-a concentrat pe utilizarea de hardware industrial de înaltă performanță. Echipa Mitsubishi Electric a ales motoare electrice specializate, optimizate pentru rotirea fiecărei fețe a cubului Rubik.

Între timp, echipa Purdue a optat pentru software ușor disponibil pentru a optimiza întregul sistem, de la cameră și procesarea imaginilor până la hardware și algoritmi de rezolvare. Au folosit Rob-Twophase al lui Elias Frantar, un algoritm de rezolvare a cubului Rubik conceput special pentru roboți, permițându-le să utilizeze capabilități speciale, cum ar fi rotirea simultană a ambelor fețe ale cubului Rubik.

Grupul a utilizat, de asemenea, o tehnică ce le permite să înceapă rotirea unei părți a cubului Rubik înainte de a finaliza rotația celeilalte părți perpendicular pe aceasta. Această metodă economisește timp considerabil, dar riscă deteriorarea sau chiar spargerea cubului Rubik dacă sincronizarea este greșită sau se folosește prea multă forță. Prin urmare, studenții au trebuit să personalizeze în continuare cubul Rubik pentru a rezista forței și a funcționa fără probleme cu această tehnică.

Conform regulilor Asociației Mondiale a Cubului Rubik (WCA), participanții își pot personaliza Cubul Rubik, atâta timp cât acesta se poate roti și funcționa ca un cub standard, cu 9 pătrate colorate pe fiecare față și 6 fețe cu 6 culori diferite. Jucătorii pot folosi alte materiale decât plasticul, dar secțiunile colorate trebuie să aibă aceeași textură a suprafeței.

Șase motoare ca acestea vor fi atașate laturilor rămase, însărcinate cu rotirea Cubului Rubik. Fotografie: Furnizată de autor.

Pentru a crește durabilitatea, echipa Purdue a modernizat structura internă a cubului Rubik cu o versiune personalizată, imprimată 3D, folosind o rășină de nailon SLS mai rezistentă. Lubrifierea și tensiunea sporite ajută simultan la reducerea suprarotației și la îmbunătățirea controlului.

Cubul Purdubik folosește șase motoare atașate la niște axe metalice situate în centrul fiecărei fețe a cubului Rubik. După ce au experimentat diverse metode, echipa a ales să utilizeze un sistem de mișcare trapezoidal, astfel încât robotul să poată alinia cu precizie fiecare față atunci când se oprea.

Patrohay consideră că Purdubik și-ar putea doborî propriul record dacă Cubul Rubik ar fi mai durabil și fabricat dintr-un alt material decât plasticul. „Dacă ai face un Cub Rubik specializat în întregime dintr-un compozit din fibră de carbon, cred că ar rezista la viteze mai mari. Asta ți-ar permite să scurtezi și mai mult timpul”, a spus el.

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