Một thành tựu đáng kinh ngạc vừa được thiết lập: một robot do nhóm sinh viên Đại học Purdue (Mỹ) phát triển đã phá vỡ Kỷ lục Guinness Thế giới về giải Rubik nhanh nhất, chỉ với vỏn vẹn 0,103 giây. Con số này nhanh gấp ba lần so với kỷ lục trước đó và vượt xa cả những ông lớn công nghệ. Vậy bí mật nào đằng sau tốc độ "thần tốc" này?

Cuộc đua tốc độ: Từ lego đến công nghệ đỉnh cao

Cuộc đua chế tạo robot giải Rubik đã diễn ra sôi nổi từ năm 2014, khởi đầu với một robot làm từ bộ Lego Mindstorms có thể giải trong 3,253 giây. Đến tháng 5/2024, Mitsubishi Electric (Nhật Bản) đã nâng kỷ lục lên 0,305 giây, tưởng chừng đã là giới hạn khó vượt qua. Nhưng nhóm sinh viên Purdue đã chứng minh điều ngược lại, không chỉ bằng cách tăng tốc độ động cơ mà còn bằng cách cải tiến toàn bộ hệ thống.

Cỗ máy giải rubik đạt kỷ lục thế giới của nhóm sinh viên. Ảnh: NVCC.

Bí quyết độc đáo: "Nhìn" siêu tốc, tối ưu mọi thứ

Để đạt được kỷ lục 0,103 giây, nhóm Purdue đã tập trung vào những cải tiến đột phá:

- Hệ thống "thị giác" siêu tốc nhưng độ phân giải thấp: Khác với con người có thể quan sát khối Rubik trước khi bắt đầu, robot phải tự nhận diện từng ô màu. Purdubik’s Cube sử dụng hai camera tốc độ cao (720x540 pixel) đặt ở hai góc khối Rubik, mỗi camera có thể nhìn thấy ba mặt cùng lúc chỉ trong 10 micro giây. Đặc biệt, hệ thống nhận diện hình ảnh tùy chỉnh của robot bỏ qua hoàn toàn bước xử lý ảnh phức tạp, chỉ tập trung vào một vùng dữ liệu rất nhỏ (128x124 pixel) và gửi thẳng đến bộ phát hiện màu tốc độ cao, giúp xác định màu sắc nhanh hơn mọi phương pháp khác, kể cả AI. Dù đôi khi kém ổn định, nhưng yếu tố "tốc độ" là ưu tiên hàng đầu.

- Thuật toán giải tối ưu và kỹ thuật "cắt góc": Robot sử dụng thuật toán Rob-Twophase, được thiết kế riêng cho robot để tận dụng khả năng xoay hai mặt Rubik cùng lúc. Nhóm còn áp dụng kỹ thuật "cắt góc" (corner cutting) phổ biến trong giới speed cuber, cho phép bắt đầu xoay mặt này trong khi mặt vuông góc kia chưa hoàn thành, tiết kiệm thời gian đáng kể.

Máy ảnh Flir tốc độ cao của Purdubik's Cube sử dụng ống kính góc rộng và Rubik's Cube chỉ xuất hiện trong một vùng rất nhỏ trong trường nhìn của chúng. Hệ thống phát hiện màu dựa trên hình ảnh có độ phân giải thấp của câu đố, giúp tăng tốc thời gian xử lý. Ảnh: Matthew Patrohay / Đại học Purdue​

- Khối Rubik "siêu bền" và "siêu căng": Để chịu được tốc độ và lực xoay cực lớn từ robot, nhóm đã tùy chỉnh khối Rubik. Cấu trúc bên trong được nâng cấp bằng phiên bản in 3D từ nhựa SLS nylon cứng cáp hơn. Khối Rubik này được siết cực kỳ chặt và sử dụng chất bôi trơn đặc biệt, giúp giảm hiện tượng xoay quá đà và tăng khả năng kiểm soát khi áp dụng kỹ thuật "cắt góc".

- Điều khiển động cơ tối ưu: Purdubik’s Cube dùng 6 động cơ servo gắn vào trục kim loại ở tâm mỗi mặt. Hệ thống chuyển động dạng hình thang giúp các động cơ tăng tốc cực nhanh nhưng giảm tốc từ từ, đảm bảo khối Rubik được căn chỉnh chính xác khi dừng lại.

Matthew Patrohay, một sinh viên trong nhóm, chia sẻ rằng các kỷ lục trước thường chỉ tập trung vào một yếu tố nổi bật (ví dụ: phần cứng công nghiệp hay động cơ chuyên biệt). Tuy nhiên, nhóm Purdue đã chọn cách tối ưu hóa toàn bộ hệ thống, từ camera, xử lý hình ảnh, phần cứng đến thuật toán giải.

Patrohay tin rằng Purdubik’s Cube có thể tự phá kỷ lục của chính mình nếu được trang bị một khối Rubik làm từ vật liệu bền hơn nữa, như sợi carbon, cho phép đạt được tốc độ xoay cao hơn nữa. Thành công này không chỉ là một kỷ lục mà còn là minh chứng cho sự sáng tạo và tinh thần đổi mới không ngừng nghỉ của các tài năng trẻ.

PV (SHTT)