普渡大学的一支学生团队最近创造了新的吉尼斯世界纪录。他们的定制机器人在0.103秒内解决了魔方，这一时间约为前纪录保持者的三分之一。

这项新纪录的实现并非仅仅依靠更快的机械运动。学生们采用了高速低分辨率相机系统的组合。他们还使用了经过定制的增强强度魔方。此外，团队运用了在人类速拧爱好者中流行的特殊解法技巧。

魔方解决机器人的竞赛始于2014年。当时一个名为Cubestormer 3的机器人在3.253秒内解决了这个标志性谜题，速度超过了任何人类或机器人。十年来，工程师们将这一纪录缩短到了几百毫秒。

去年五月，日本三菱电机的工程师们以0.305秒的成绩声称创造了世界纪录。这一纪录保持了近一年，直到普渡大学电气与计算机工程学院的团队打破了它。他们的机器人被称为"Purdubik's Cube"。

将机器人纪录降至半秒以下需要摆脱乐高组件，转而使用工业电机等优化部件。要达到0.103秒，普渡团队必须找到多种新方法来节省毫秒级时间。

普渡学生首先改进的是机器人识别打乱魔方的速度。他们使用了一对来自Flir的高速机器视觉相机，分辨率仅为720x540像素，对准魔方的相对角落。每个相机可以同时看到三个面，曝光时间短至10微秒。

尽管看似瞬时，相机处理传感器数据并转换为数字图像需要时间。Purdubik's Cube使用定制图像检测系统，完全跳过图像处理步骤。它只专注于每个相机传感器视野中的很小区域，裁剪区域仅为128x124像素，以减少数据传输量。

传感器的原始数据直接发送到高速颜色检测系统。该系统使用每个方块上更小采样区域的RGB测量值来确定颜色，速度超过其他方法，甚至超过人工智能。

尽管普渡机器人的大部分硬件都是定制的，团队在寻找解决打乱魔方的最快方法时选择了现有软件。他们使用了Elias Frantar的Rob-Twophase算法，该算法考虑了机器人的独特能力，比如能够同时旋转魔方的两个面。

团队还利用了名为"切角"的魔方解决技巧。在这种技巧中，你可以在完成一个面的旋转之前就开始转动与其垂直的另一个面。这种技巧的优势在于不需要等待一个面完全完成旋转就可以开始另一个面的转动。

切角技巧的挑战在于，如果使用过大的力量且时机不完美，可能会物理性地破坏甚至完全摧毁魔方。除了完善机器人动作的时机和电机加速度外，学生们还必须定制魔方本身。

为了提高耐用性，普渡团队用更强的SLS尼龙塑料制作了定制3D打印版本，升级了魔方的内部结构。他们使用的魔方张力极紧，几乎到了可笑的程度，用手指无法转动，必须用手腕发力。

机器人的六个伺服电机通过定制金属轴连接到魔方的中心方块。更快的伺服电机确实有助于减少解决时间，但这并非简单地将速度调至最大。经过测试，团队采用了梯形运动轮廓，伺服器以高达12,000,000度/秒2的速度加速，但减速要慢得多，约为3,000,000度/秒2。

文章来源：金融界