Dünyanın en hızlı Rubik küpü çözen robotunun içinde

Robot, önceki rakiplerine göre tamamen farklı teknikler ve geliştirmelerle 0,103 saniyede Rubik küpünü çözerek dünya rekorunu elinde tutuyor.

Bir grup öğrencinin dünya rekoru kıran Rubik küpü çözme makinesi. Fotoğraf: NVCC .

Purdue Üniversitesi'nden bir grup öğrenci, kendi tasarladıkları bir robotla yeni bir Guinness Dünya Rekoru kırdı ve Rubik Küpünü sadece 0,103 saniyede çözdü. Bu, daha önce başka bir robot tarafından kırılan rekorun üç katı.

Rekor, daha hızlı hareket eden bir robot tarafından kırılamadı. Öğrenciler, yüksek hızlı ancak düşük çözünürlüklü bir kamera sistemi, dayanıklılık için özelleştirilmiş bir Rubik Küpü ve hızlı çözme uzmanları arasında popüler olan özel bir çözme tekniğini bir araya getirdiler.

Rakiplerden temel farklar

Rubik Küpü çözen bir robot yapma yarışı, 2014 yılında Lego Mindstorms kiti ve Samsung Galaxy S4 telefon kullanılarak üretilen bir robotun küpü sadece 3,253 saniyede çözmesiyle başladı. Mayıs 2024'te, Japonya'daki Mitsubishi Electric mühendisleri, küpü 0,305 saniyede çözen bir robotla dünya rekorunu kırdıklarını iddia ettiler.

Robotun hızını yarım saniyenin altına indirmek için ekip, Lego bileşenlerini bir kenara bırakıp endüstriyel motorlar gibi optimize edilmiş parçalar kullandı. Ancak 0,103 saniye sınırına ulaşmak için Purdue ekibi, robotlarının Rubik Küpü'nün hareketini "görme" hızını ayarladı.

Hız çözücü, zamanlayıcı başlamadan önce küpü gözlemleyebilir. Ancak zamanlayıcı, robotun her renkli karenin yüzeylerdeki yerini belirlemesi için geçen süreyi de hesaba katacaktır.

Öğrenciler, küpün iki zıt köşesine yerleştirilmiş, çözünürlüğü yalnızca 720x540 piksel olan iki adet yüksek hızlı Flir makine görüş kamerası kullandılar. Her kamera, küpün üç yüzünü aynı anda, yalnızca 10 mikrosaniye süren tek bir çekimde gözlemleyebiliyor.

Robotun son derece hızlı renk tanıma teknolojisi. Fotoğraf: NVCC.

Geleneksel kameraların sensörden gelen verileri işleyip dijital görüntüye dönüştürmesi için hâlâ zamana ihtiyacı var. Ancak, öğrencilerin "Purdubik'in Küpü" olarak adlandırılan robotu, görüntü işleme adımını tamamen atlayan özel bir görüntü tanıma sistemi kullanıyor.

Sistem, her kameranın yakaladığı karede çok küçük bir alana (128x124 piksel) odaklanarak işlenmesi gereken veri miktarını azaltır. Ham sensör verileri, hem geleneksel yöntemlerden hem de yapay zekadan daha hızlı renk belirlemek için daha da küçük örnek alanlarından RGB değerlerini kullanan yüksek hızlı bir renk algılama sistemine doğrudan gönderilir.

Bu yöntem, daha az kararlı olsa da, ekibin temel gereksinimini karşılayabilirdi. Gruptaki öğrencilerden Patrohay, "Doğruluk sadece %90 olsa bile, bu yeterli olurdu. Gerçekten ihtiyacımız olan şey hızdı," dedi.

Tüm sistemi optimize edin

Patrohay, daha önce rekor kıran her robotun genellikle belirgin bir unsurda iyileştirmeler yaptığını söyledi. MIT öğrenci ekibinin robotu (2018), yüksek performanslı endüstriyel donanım kullanmaya odaklandı. Mitsubishi Electric ekibi ise, her Rubik küpü yüzeyinin dönüşünü optimize etmek için tasarlanmış özel bir elektrik motoru seçti.

Bu arada Purdue ekibi, kameradan görüntü işlemeye, donanımdan çözüm algoritmasına kadar tüm sistemi optimize etmek için hazır yazılımlar seçti. Elias Frantar'ın, özellikle robotlar için bir Rubik Küpü çözme algoritması olan Rob-Twophase'i kullandılar ve bu sayede iki Rubik küpü yüzeyini aynı anda döndürmek gibi özel yeteneklerden yararlanabildiler.

Ekip ayrıca, küpün bir tarafını döndürmeye başlamadan önce diğer tarafının ona dik olarak dönmesini sağlayan bir teknik kullandı. Bu yöntem çok zaman kazandırsa da, zamanlama yanlışsa veya çok fazla kuvvet uygulanırsa küpün hasar görmesine, hatta parçalanmasına neden olabilir. Bu nedenle, öğrencilerin küpü kuvvete dayanacak ve bu teknikle sorunsuz çalışacak şekilde özelleştirmeleri de gerekiyordu.

Dünya Rubik Birliği (WCA) kurallarına göre, katılımcılar, her yüzünde 9 renkli kare ve 6 farklı renkte 6 yüz olmak üzere, standart bir küp gibi dönebilen ve işlevini sürdüren kendi Rubik Küplerini kişiselleştirebilirler. Oyuncular plastik dışındaki malzemeleri de kullanabilirler, ancak renkli kısımların aynı yüzey dokusuna sahip olması gerekir.

Kalan kenarlara Rubik küpünü döndürmekle görevli 6 adet motor takılacak. Fotoğraf: NVCC.

Dayanıklılığı artırmak için Purdue ekibi, küpün iç yapısını daha güçlü bir SLS naylon reçinesinden yapılmış özel bir 3D baskı versiyonuyla geliştirdi. Yağlama ve artırılmış gerilim, aşırı atışı azaltmaya ve kontrolü iyileştirmeye de yardımcı oluyor.

Purdubik'in Küpü, küpün her bir yüzeyinin ortasına yerleştirilmiş metal bir şafta bağlı altı motor kullanıyor. Ekip, birkaç farklı yöntemi denedikten sonra, robotun durma noktasına geldiğinde her bir yüzeyi hassas bir şekilde hizalamasını sağlayan yamuk biçimli bir hareket sistemi üzerinde karar kıldı.

Patrohay, küp plastik dışında daha dayanıklı bir malzemeden yapılmış olsaydı Purdubik'in kendi rekorunu kırabileceğine inanıyor. "Tamamen karbon fiber kompozitten özel bir küp yapsaydınız, daha yüksek hızlara dayanabileceğini düşünüyorum. Süreyi azaltmaya devam edebilirdiniz," dedi.

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