Η επίλυση του Κύβου του Ρούμπικ είναι μια πρόκληση για τους περισσότερους ανθρώπους. Για μια ομάδα φοιτητών από τη Σχολή Ηλεκτρολόγων και Μηχανικών Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Purdue στις ΗΠΑ, αποτέλεσε μια ευκαιρία να επαναπροσδιορίσουν τα όρια της ταχύτητας, της ακρίβειας και του αυτοματισμού – και να γράψουν ιστορία.
Το Purdubik’s Cube, ένα ρομποτικό σύστημα υψηλής ταχύτητας, κατέχει πλέον το παγκόσμιο Ρεκόρ Γκίνες για το «Γρηγορότερο ρομπότ στην επίλυση κύβου παζλ», με εντυπωσιακό χρόνο 0,103 δευτερόλεπτα. Χρόνος ταχύτερος και από το ανοιγοκλείσιμο του ματιού – και σχεδόν τρεις φορές ταχύτερος από το προηγούμενο επίσημο ρεκόρ των 0,305 δευτερολέπτων, που είχε πετύχει ομάδα της Mitsubishi Electric στην Ιαπωνία, τον Μάιο του 2024.
Σύμφωνα με ανακοίνωση του Πανεπιστημίου του Purdue, η ομάδα του Purdue (Junpei Ota, Aden Hurd, Matthew Patrohay και Alex Berta) δεν κατέρριψε απλώς το ρεκόρ, αλλά απέκτησε και την επίσημη πιστοποίηση από τα Ρεκόρ Γκίνες.
Η ιστορία πίσω από αυτό το επίτευγμα δεν ξεκίνησε σε εργαστήριο, αλλά μέσα από το πρόγραμμα συνεργατικής εκπαίδευσης (co-op) του πανεπιστημίου, το οποίο έφερε κοντά τρεις από τους φοιτητές.
«Η ομάδα μας δημιουργήθηκε χάρη στο co-op πρόγραμμα», εξηγεί ο Hurd. «Μας βοήθησε όχι μόνο να αναπτύξουμε φιλίες που οδήγησαν σε αυτή τη συνεργασία, αλλά και τις επαγγελματικές και τεχνικές δεξιότητες που χρειαζόμασταν για να το υλοποιήσουμε».
Οι φοιτητές επένδυσαν χρόνο -και σε κάποιες περιπτώσεις χρήματα που κέρδισαν από co-op- για την κατασκευή του ρομπότ, ενώ εξασφάλισαν και χορηγίες από εταιρείες για να υποστηρίξουν το φιλόδοξο έργο.
Για τον Patrohay, η έμπνευση ξεκίνησε ακόμα πιο παλιά:
«Πάντα έλεγα ότι η έμπνευσή μου ήταν ένα προηγούμενο ρεκόρ. Στο λύκειο είχα δει ένα βίντεο φοιτητών του MIT να λύνουν τον κύβο σε 380 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Σκέφτηκα “αυτό είναι φοβερό. Θα ήθελα να το ξεπεράσω κάποια μέρα”. Τώρα βρίσκομαι στο Purdue και αποδείξαμε ότι μπορούμε να πάμε ακόμα πιο γρήγορα».
Το Purdubik’s Cube παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στον διαγωνισμό φοιτητικού σχεδιασμού SPARK της Σχολής ECE του Purdue, όπου κέρδισε την πρώτη θέση τον Δεκέμβριο του 2024. Η ομάδα συνέχισε να εξελίσσει το σύστημα μετά τον διαγωνισμό, διευρύνοντας τα όρια του αυτοματισμού και του υπολογισμού υψηλής ταχύτητας.
Το ρομπότ χρησιμοποιεί μηχανική όραση για την αναγνώριση χρωμάτων, ειδικά σχεδιασμένους αλγορίθμους επίλυσης βελτιστοποιημένους για χρόνο εκτέλεσης, καθώς και βιομηχανικά συστήματα ελέγχου κίνησης από την εταιρεία Kollmorgen. Κάθε κίνηση εκτελείται με απόλυτη ακρίβεια, με προφίλ επιτάχυνσης και επιβράδυνσης που μεγιστοποιούν τη μηχανική απόδοση, επιτυγχάνοντας συγχρονισμό σε υπο-χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Το έργο υποστηρίχθηκε από το Ινστιτούτο Ελέγχου, Βελτιστοποίησης και Δικτύων (ICON) του Purdue. Ο καθηγητής Shreyas Sundaram, συνδιευθυντής του ICON, σχολίασε:
«Από την εποχή του προγράμματος Apollo, οι ερευνητές και φοιτητές του Purdue σχεδιάζουν συστήματα ελέγχου που επιτρέπουν επαναστατικές δυνατότητες. Η ομάδα του Purdubik’s Cube είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς το Purdue συνδυάζει αλγορίθμους, ρομποτική και έλεγχο για να πετυχαίνει σπουδαία επιτεύγματα».
«Πριν καν καταλάβετε ότι κάτι κινείται, ο κύβος έχει ήδη λυθεί»
Η ομάδα σχεδίασε επίσης το σύστημα να είναι διαδραστικό: μέσω ενός «έξυπνου» κύβου με Bluetooth, οι χρήστες μπορούν να ανακατέψουν τον κύβο σε πραγματικό χρόνο και το ρομπότ μιμείται τις κινήσεις τους, λύνοντάς τον ακαριαία μόλις ολοκληρωθεί το ανακάτεμα.
Περισσότερο από ένα απλό ρεκόρ, το έργο αποτελεί το αποκορύφωμα πολλών ετών μάθησης και συνεργασίας.
«Αυτό που μου άρεσε περισσότερο είναι ότι το μάθημα σχεδιασμού στο τελευταίο έτος μάς έδωσε την ευκαιρία να συνδυάσουμε όλα όσα μάθαμε», είπε ο Patrohay. «Από το πρώτο έτος αποκτούσαμε δεξιότητες, αλλά αυτό το έργο απέδειξε πως όλα συνδυάζονται για να δημιουργήσουν κάτι με πραγματική αξία».
«Και αυτή η ασύλληπτη ταχύτητα; Ξεπερνά κάθε φαντασία».
«Λύνουμε τον κύβο σε 103 χιλιοστά του δευτερολέπτου», είπε ο Patrohay. «Ένα ανοιγοκλείσιμο του ματιού διαρκεί περίπου 200 με 300. Πριν καν καταλάβετε ότι κάτι κινείται, ο κύβος έχει ήδη λυθεί».
«Πάρτε έξυπνους φοιτητές, δώστε τους τα εργαλεία και τις ευκαιρίες και θα σας καταπλήξουν»
Ο Nak-seung Patrick Hyun, επίκουρος καθηγητής Ηλεκτρολόγων και Μηχανικών Υπολογιστών, ήταν ο μέντορας της ομάδας.
«Το επίτευγμα αυτό δεν αφορά απλώς την κατάρριψη ενός ρεκόρ, προωθεί τα όρια του τι μπορούν να κάνουν τα συνθετικά συστήματα. Μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση συστημάτων εξαιρετικά ταχείας συντονισμένης κίνησης, όπως αυτά που συναντάμε στη φύση».
Ο Milind Kulkarni, επικεφαλής της Σχολής ECE του Purdue, σχολίασε:
«Πάρτε έξυπνους φοιτητές, δώστε τους τα εργαλεία και τις ευκαιρίες και θα σας καταπλήξουν. Τέσσερις προπτυχιακοί φοιτητές της ECE, μέσα σε λιγότερο από έναν χρόνο, συνέτριψαν ένα ρεκόρ που κατείχε παγκοσμίου κλάσης ομάδα της Mitsubishi. Πάντα λέω ότι έχουμε τους καλύτερους φοιτητές ECE στη χώρα και αυτό το αποδεικνύει. Δεν θα μπορούσα να είμαι πιο περήφανος».
Είτε πρόκειται για ρεκόρ, είτε για επίδειξη Τεχνητής Νοημοσύνης, είτε για έμπνευση της επόμενης γενιάς μηχανικών, το Purdubik’s Cube είναι κάτι παραπάνω από ένα γρήγορο ρομπότ. Είναι ένα σύμβολο καινοτομίας παγκόσμιας κλάσης από το Purdue.
