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

Mașina de rezolvat cub Rubik, care a doborât recorduri mondiale, realizată de un grup de studenți. Fotografie: NVCC .

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, rezolvând 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.

Recordul nu a fost obținut de un robot care se mișcă mai rapid. Studenții au combinat un sistem de camere de mare viteză, dar cu rezoluție redusă, un cub Rubik personalizat pentru durabilitate și o tehnică specială de rezolvare a problemelor, populară printre profesioniștii în rezolvarea rapidă a problemelor.

Diferențe cheie față de concurenți

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

Pentru a reduce timpul robotului la sub jumătate de secundă, echipa a renunțat la componentele 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 modificat viteza cu care robotul lor putea „vedea” mișcările Cubului Rubik.

Rezolvatorul de viteză poate observa cubul înainte ca cronometrul să pornească. Cu toate acestea, cronometrul va lua în considerare și timpul necesar robotului pentru a identifica unde se află fiecare pătrat colorat pe fețe.

Studenții au folosit două camere de viziune artificială Flir de mare viteză, cu o rezoluție de doar 720x540 pixeli, plasate în două colțuri opuse ale cubului. Fiecare cameră poate observa simultan trei fețe ale cubului într-o singură fotografie care durează doar 10 microsecunde.

Tehnologia extrem de rapidă de recunoaștere a culorilor a robotului. Fotografie: NVCC.

Camerele convenționale au nevoie de timp pentru a procesa datele de la senzor și a le transforma într-o imagine digitală. Cu toate acestea, Purdubik's Cube, așa cum se numește robotul studenților, folosește un sistem personalizat de recunoaștere a imaginilor care omite complet etapa de procesare a imaginilor.

Sistemul se concentrează pe o zonă foarte mică (128x124 pixeli) din cadrul capturat de fiecare cameră, reducând cantitatea de date care trebuie procesată. Datele brute ale senzorilor sunt trimise direct către un sistem de detectare a culorilor de mare viteză, care utilizează valori RGB din zone de eșantionare și mai mici pentru a determina culoarea mai rapid decât atât metodele convenționale, cât și inteligența artificială.

Această metodă, deși mai puțin stabilă, ar putea îndeplini cerința principală a echipei. „Chiar dacă precizia ar fi de doar 90%, ar fi fost suficient. Ceea ce ne trebuia cu adevărat era viteza”, a spus Patrohay, un student din grup.

Optimizați întregul sistem

Patrohay a spus că fiecare robot care a doborât recorduri anterior a îmbunătățit de obicei un element important. Robotul echipei de studenți MIT (2018) s-a concentrat pe utilizarea de hardware industrial de înaltă performanță. Echipa Mitsubishi Electric a ales un motor electric specializat, conceput pentru a optimiza rotația fiecărei fețe a cubului Rubik.

Între timp, echipa Purdue a ales software standard pentru a optimiza întregul sistem, de la cameră, procesarea imaginilor, hardware, până la algoritmul de rezolvare. Au folosit Rob-Twophase al lui Elias Frantar, un algoritm de rezolvare a cubului Rubik special pentru roboți, permițându-le să profite de capacități speciale, cum ar fi rotirea simultană a două fețe ale cubului Rubik.

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

Conform regulilor Asociației Mondiale Rubik (WCA), participanții își pot personaliza propriul cub Rubik, atâta timp cât acesta se poate roti și funcționează 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 părțile colorate trebuie să aibă aceeași textură a suprafeței.

6 motoare de acest fel vor fi atașate laturilor rămase, având sarcina de a roti cubul Rubik. Foto: NVCC.

Pentru a crește durabilitatea, echipa Purdue a modernizat structura internă a cubului cu o versiune personalizată, imprimată 3D, realizată dintr-o rășină de nailon SLS mai rezistentă. Lubrifierea și tensiunea crescută ajută, de asemenea, la reducerea depășirii și la îmbunătățirea controlului.

Cubul lui Purdubik folosește șase motoare atașate la un ax metalic centrat pe fiecare față a cubului. După testarea mai multor metode diferite, echipa a ales un sistem de mișcare trapezoidală care permite robotului să alinieze cu precizie fiecare față atunci când se oprește.

Patrohay consideră că Purdubik și-ar fi putut doborî propriul record dacă cubul ar fi fost fabricat dintr-un material mai durabil decât plasticul. „Dacă ai fi realizat un cub dedicat în întregime din compozit de fibră de carbon, cred că ar fi putut suporta viteze mai mari. Ai fi putut continua să reduci timpul”, a spus el.

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