人类眨个眼,机器人就把魔方复原了,用时0.305秒,“手”快到根本看不清……

百科   科学   2024-07-02 06:00   北京  


撰文 | Cloud
审校 | 阿娴
在大家眨眼的瞬间,一个标准的三阶魔方被复原了——用时0.305秒创下了最新的世界纪录。控制这个魔方的玩家并不是普通人,而是日本三菱电机工程师团队开发的机器人。

5月21日,三菱电机拧魔方机器人团队获得吉尼斯世界纪录证书,但其实在5月7日,机器有次用时只有0.204秒,但由于不符合吉尼斯世界纪录规定的测量规则,因此这次不算数。视频来源:Mitsubishi Electric - Global

这个速度大约是人类玩家最快纪录的10倍。目前,人类速解魔方的最短用时是3.134秒。去年6月,美国玩家马克斯·帕克(Max Park)用这个成绩,打破了中国玩家杜宇生在2018年创造的3.47秒世界纪录。

图片来源:Max Park

如果你完全不会解魔方,可以通过眨眼的行为和这个机器人一较高下。根据哈佛大学的生物学数字数据库,人类眨眼的持续时间为0.1~0.4秒
这个机器人背后的工程师在公司里负责开发电机和半导体相关产品,团队成员的年龄在20~30多岁。他们给这个机器取名为TOKUI快速精确同步运动测试机器人,简称TOKUFASTbot。
它能创下新的世界纪录,要归功于它配备的高速、高精度工厂自动化设备和控制技术,以及使用了人工智能的颜色识别算法。这当中用到的一些技术就是三菱电机公司生产产品时会用到的技术。
"我们没有使用特殊的技术,所有购买我们产品的客户都可以达到这个水平。也就是说,整个社会都可以做到类似的事情。"工程师团队的负责人说道。通过配备自家公司的电机,机器人拥有了非常快的旋转机制,能够在0.009秒的时间内把魔方旋转90度
不精确的旋转会在方块间产生间隙(图左),右边是精确的旋转控制,图片来源:参考资料[1]
要想创造世界纪录,机器人不仅需要把魔方拧得又快又准,还要能快速而准确地识别每一个方块的颜色,并迅速计算出最优的步骤。为此,工程师团队为机器配备了AI技术开发的颜色识别算法。
三阶魔方有6个面,每个面都有一个特定的颜色,常见的颜色安排是白色、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色。当角度、光影发生变化的时候,魔方方块显示的颜色也会随之发生细微变化,而红色和橙色的方块又因为有相近的波长,因此它们有时候会被搞混。不过机器人配备的AI可以准确地区分红色和橙色。识别出混杂的魔方图案后,它就会计算出最快的解决路径。
颜色识别算法可以准确分辨红色和橙色,图片来源:参考资料[1]
虽然准备了很久,但在挑战世界纪录的时候,魔方还是出现问题了——因为无法跟上机器人的高速运作,魔方卡住了。于是,团队开始当场对机器进行微调。大家只有一个小时的时间,而当时的调试就花了大约20分钟,时间开始紧迫起来了。
然而,当机器人第二次尝试时,一个新的世界纪录直接诞生了,比麻省理工学院学生于2018年开发的机器人还要快0.075 秒。
TOKUFASTbot的其他一些配备,图片来源:参考资料[1]
麻省理工学院的两名学生和三菱电机团队的工程师们有类似的经历,都是看到了前面的世界纪录保持者的视频,然后发现自己的电机更快,应该可以实现拧出更快的魔方
在麻省理工学院两位学生开发的拧魔方机器中,魔方的每个面都由一个马达驱动,然后配备的定制电子设备和控制器会控制每个马达。同时,计算机视觉软件和摄像头让机器得以识别魔方上的初始颜色,并计算出移动路径。
TOKUFASTbot的六轴伺服电机,图片来源:guinnessworldrecords
自第一个魔方诞生以来,人类和人类开发的机器一直在试图以更快的速度把魔方复原。1974年,布达佩斯的建筑教授埃尔诺·鲁比克 (Erño Rubik)在考虑使用一个可移动的艺术品帮助他的建筑学生理解三维问题。经过多次尝试,他终于找到了一种独特的设计,于是第一个魔方应运而生。
这个魔方是木头制成的,为了让魔方的移动可被观测,他在几个表面上涂了颜色。拧了几下之后,他惊讶地发现——糟糕,回不去了。花了一个月时间,他才终于将魔方复原。
发明魔方的埃尔诺·鲁比克 (Erño Rubik),魔方的英文名字是 Rubik's Cube,图片来源:Babak Mansouri

现如今,世界魔方协会每年会举办超过1000场魔方速拧比赛。魔方速拧非常考验灵活性和计算能力。三菱电机魔方机器人的团队负责人表示将对机器人进行改善,有希望拧出比0.305秒还要短的时间。他表示:“目前机器的性能太惊人了,魔方跟不上机器的节奏。”

参考资料:

[1] https://www.mitsubishielectric.com/sites/news/2024/pdf/0523.pdf

[2] Mitsubishi Electric Corporation. (2024, June 25). MITSUBISHI ELECTRIC News Releases Mitsubishi Electric Recognized by GUINNESS WORLD RECORDS for the fastest robot to solve a puzzle cube. Retrieved from https://www.mitsubishielectric.com/news/2024/0523.html

[3] Senda, M. (2024). Japanese company's robot solves a puzzle cube in 0.305 seconds to break record. Guinness World Records. Retrieved from https://www.guinnessworldrecords.com/news/commercial/2024/5/japanese-companys-robot-solves-a-puzzle-cube-in-0-305-seconds-to-break-record

[4] Global, M. E.-. (2024, June 19). Behind the scenes of the project team that was certified the GUINNESS WORLD RECORDS™. Youtube. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=-09mku8gPmw

[5] Or Not!, R. B. I. (2020). Spinning With Rubik’s Cube Speedcubers. EverythingGP. Retrieved from https://everythinggp.com/2020/07/29/spinning-with-rubiks-cube-speedcubers

[6] Featured video: Solving a Rubik's Cube in record time. (2024, June 28). Retrieved from https://news.mit.edu/2018/featured-video-solving-rubiks-cube-record-time-0316

[7] Kennedy, M. (2022). The mind behind the Rubik's Cube celebrates a lasting puzzle. Phys.org. Retrieved from https://phys.org/news/2022-12-mind-rubik-cube-celebrates-puzzle.html

[8] Baker, H. (2024). This AI-powered robot has worked out how to solve a Rubik's Cube in just 0.305 seconds. Livescience. Retrieved from https://www.livescience.com/technology/robotics/this-ai-powered-robot-has-worked-out-how-to-solve-a-rubiks-cube-in-just-0305-seconds




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