刷新金氏世界紀錄 美國大學生打造機器人解魔術方塊只要0.103秒

記者李琦瑋／編譯

美國普渡大學（Purdue University）電機與電腦工程學院4位學生團隊研發的機器人「Purdubik’s Cube」，以令人難以置信的0.103秒解開三階魔術方塊，成功刷新金氏世界紀錄，不僅打破日本三菱電機於2024年創下的0.305秒紀錄，還僅用了當時約三分之一的時間。

外媒《The Verge》指出，機器解魔術方塊競賽可追溯至2014年，當時由LEGO Mindstorms與Samsung Galaxy S4組成的「Cubestormer 3」創下3.253秒的紀錄。經過10年發展，紀錄從數秒縮短到僅數百毫秒，目前人類的世界紀錄則為中國選手耿宣一的3.05秒。

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從「視覺」開始突破　省去圖像處理時間

普渡大學學生使用更先進的伺服馬達取代樂高零件，並從硬體、視覺處理與演算法等多方面創新，極致壓縮解題時間。

與過往機器人紀錄著重於硬體升級不同，普渡團隊首先優化的是「視覺辨識速度」。由於金氏紀錄包含辨識魔術方塊顏色與排列的時間，學生團隊捨棄傳統高解析度相機，改用兩組由Flir提供的高速機器視覺相機（解析度僅720×540），並將視野鎖定在128×124像素的區塊以減少數據處理量，曝光時間僅10微秒。

資料不經影像處理，直接送入自製的高速色彩辨識系統，使用RGB值判斷方塊顏色，比AI推論更快速，儘管準確率約90%，團隊仍選擇犧牲些許穩定性換取極致速度。

利用人類競速解法「corner cutting」、強化魔術方塊

在解題軟體方面，儘管Purdue機器人的許多硬體都是客製化的，但團隊選擇使用現有的演算法。他們採用了Elias Frantar開發的Rob-Twophase，該演算法能讓機器人同時旋轉魔術方塊的2個面。此外，他們也應用人類速解玩家常用的corner cutting技術，即在一個面尚未完全轉動前，啟動另一個垂直面的轉動，以減少等待時間。

然而，corner cutting的挑戰在於，如果機器人使用過大的力道，或時間控制不完美，可能會導致魔術方塊物理性地損壞甚至完全毀壞，因此，團隊必須對魔術方塊本體進行強化。

根據世界魔術方塊協會（WCA）規定，紀錄用方塊可進行結構改造，只要仍符合六面各九色塊、轉動機構與材質標準即可。普渡團隊使用更堅固的SLS尼龍塑料，以3D列印方式製作內部結構，提升耐用度，同時將方塊張力調整得極為緊密，幾乎無法用手轉動，並添加潤滑劑以平衡速度與穩定性，確保高速旋轉下不致轉過頭。

還能再更快嗎？挑戰0.1秒的極限？

Purdubik’s Cube使用了6個馬達，各連接至魔術方塊6面中心軸，團隊最終確定了一種梯形運動曲線，馬達的加速度可達每平方秒1,200萬度，減速度為300萬度，精準控制轉動，這樣機器人才能在停止時更精確地定位每一個面。

對於是否還能再次打破紀錄？團隊成員Patrohay說，如果能將魔術方塊改為碳纖維等非塑膠材質，應可承受更高轉速，進一步縮短解題時間。

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