หุ่นยนต์แก้รูบิคเร็วสุดในโลก แค่ 0.103 วินาที ! ผลงานจากนักศึกษา Purdue

ทีมนักศึกษาจากมหาวิทยาลัย Purdue เพิ่งสร้างสถิติโลกใหม่ ด้วยการสร้างหุ่นยนต์ที่แก้รูบิคได้ในเวลาเพียง 0.103 วินาที เร็วกว่าสถิติเดิมที่เคยทำได้โดยหุ่นยนต์ของ Mitsubishi Eelectric เกือบ 3 เท่า (0.305 วินาที) 

การสร้างหุ่นยนต์เพื่อแก้รูบิคเริ่มต้นขึ้นในปี 2014 ในตอนนั้นมีหุ่นยนต์ชื่อ Cubestormer 3 ที่สร้างจากชิ้นส่วน Lego Mindstorms และโทรศัพท์ Samsung Galaxy S4 โดยสามารถแก้รูบิคได้ในเวลาเพียง 3.253 วินาที ซึ่งเร็วกว่ามนุษย์หรือหุ่นยนต์ใดๆ ในขณะนั้น 

แต่เชื่อหรือไม่ว่า แม้เวลาจะผ่านไปเป็น 10 ปี แต่เทคโนโลยีที่มีอยู่กลับช่วยย่นระยะเวลาการแก้รูบิคลงได้เพียงหลักวินาทีเท่านั้น

เมื่อเดือนพฤษภาคม ปี 2024 ทีมวิศวกรจาก Mitsubishi Electric ในญี่ปุ่นได้สร้างสถิติโลกใหม่ด้วยหุ่นยนต์ที่แก้รูบิคได้ในเวลา 0.305 วินาที แต่รอบนี้สถิติอยู่ได้ไม่ถึงหนึ่งปี หลังทีมนักศึกษาจากมหาวิทยาลัย Purdue ได้ทำลายสถิตินั้นลงอย่างราบคาบ โดยการสร้างหุ่นยนต์ Purdubik’s Cube ที่สามารถแก้รูบิคได้ในเวลา 0.103 วินาที

ทำไมหุ่นยนต์ถึงแก้รูบิคได้เร็วนัก ?

การจะสร้างหุ่นยนต์แก้รูบิค จำเป็นต้องมีส่วนประกอบสำคัญหลักๆ อยู่ 3 อย่างคือ หุ่นยนต์ กล้อง และอัลกอริทึม ซึ่งสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับหุ่นยนต์ตัวนี้ก็คือความเร็วในการมองเห็นสีของรูบิค ดังนั้นทีมนักศึกษา Purdue จึงเริ่มต้นจากการทำกล้องใหม่ให้หุ่นยนต์

พวกเขาใช้กล้องมองภาพสำหรับเครื่องจักรความเร็วสูง (Machine Vision Camera) จำนวน 2 ตัว ความละเอียด 720x540 พิกเซล เพื่อให้จับภาพรูบิคได้เกือบจะทันทีที่ถูกหมุน มีเลนส์รับภาพมุมมองกว้างเพื่อให้มองเห็นสีจากหลายๆ มุม แต่ใช่ว่าจะใช้กล้องแบบนี้แล้วจบ เพราะยังมีปัญหาที่ต้องแก้คือ ‘วิธีประมวลผลภาพ’

โดยปกติแล้ว กล้องจะรับแสงเข้ามาที่เซ็นเซอร์ จากนั้นจะทำการประมวลผลภาพ เช่น ปรับแสง ปรับสี ทำให้ภาพสวยขึ้น ซึ่งขั้นตอนนี้ใช้เวลา แต่หุ่นยนต์ Purdubik’s Cube ไม่สนว่าภาพจะสวยไหม ขอแค่รู้สี ดังนั้นนักศึกษาทีม Purdue จึงเลือกข้ามขั้นตอนการประมวลผลภาพที่ดูเสียเวลาไป 

ส่วนเลนส์กล้องที่เก็บภาพมากว้างๆ ก็สั่งให้หุ่นยนต์คร็อปเอาภาพส่วนเล็กๆ เฉพาะที่เป็นตัวรูบิคจริงๆ เท่านั้น และแทนที่จะรอให้กล้องสร้างเป็นภาพให้เห็น หุ่นยนต์จะเอาข้อมูลดิบจากเซ็นเซอร์รับภาพโดยตรง และส่งไปยังระบบที่ออกแบบมาเพื่อนอ่านสีโดยเฉพาะ โดยวัดเอาเฉพาะค่าสีแดง เขียว และน้ำเงิน ของจุดนั้นๆ เพื่อบอกว่าช่องนั้นสีอะไร วิธีนี้เร็วกว่าการวิเคราะห์ภาพทั้งหมด แถมยังเร็วกว่าการเอา AI มาช่วยวิเคราะห์สีด้วย

ส่วนทางด้านอัลกอริทึมการประมวลผล ทีมนักศึกษาใช้อัลกอริทึมที่ชื่อว่า Rob-Twophase ซึ่งเป็นวิธีการแก้รูบิคที่คำนึงถึงความสามารถเฉพาะของหุ่นยนต์ พร้อมกับให้หุ่นยนต์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า Corner Cutting 

อธิบายง่ายๆ ก็คือ สมมติว่าเรากำลังจะหมุนหน้าที่เป็นสีขาว 90 องศา จากนั้นเราจะหมุนหน้าสีแดง 90 องศา โดยปกติแล้วเราก็จะรอให้หน้าสีขาวหมุนจนเสร็จสมบูรณ์ก่อน แล้วค่อยเริ่มหมุนหน้าสีแดง แต่หุ่นยนต์ที่ใช้เทคนิค Corner Cutting จะไม่รอให้การหมุนรอบแรกเสร็จสมบูรณ์ 100% มันจะเริ่มหมุนครั้งต่อไปตามโปรแกรมที่คำนวนไว้

แต่การจะทำ Corner Cutting ได้อย่างมีประสิทธิภาพต้องอาศัยจังหวะที่แม่นยำมากๆ ถ้าจังหวะไม่ดี หรือใช้แรงมากไปอย่างที่หุ่นยนต์ทำได้ ชิ้นส่วนของรูบิคอาจจะขัดกัน หรือขั้นแตกหักได้เลย เพราะเหมือนกับการที่เราพยายามจะหมุนสองส่วนที่ยังไม่เข้าที่เข้าทางพร้อมๆ กัน

ดังนั้น ทีมนักศึกษาเลยอัปเกรดโครงสร้างภายในของรูบิคด้วยการใช้พลาสติกไนลอนที่แข็งแรงมาก แต่กลายเป็นว่ารูบิคมีความแน่นมาก หมุนยากมาก ไม่สามารถใช้นิ้วมือหมุนได้ ทีมนักศึกษาก็เลยแก้ปัญหาด้วยการใช้สารหล่อลื่น พร้อมกับใส่เซอร์โวมอเตอร์ 6 ตัวติดกับแกนโลหะที่สอดเข้าตรงกลางแต่ละด้านของรูบิค เพื่อให้หมุนไปในทิศทางที่ต้องการ โดยมีความเร็วในการหมุนมากถึง 12,000,000 องศา/วินาที²

ทีมนักศึกษาเปิดเผยว่า จริงๆ แล้วหุ่นยนต์ตัวนี้สามารถทำลายสถิติโลกได้อีก ถ้ามีรูบิคที่ทำจากวัสดุที่แข็งแรงกว่าพลาสติก เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อให้ทนทานต่อความเร็วที่สูงขึ้นได้

อ้างอิง : The Verge