Wie es dazu kam...
Es war dieses Bild, das mich vor 5 Jahren auf Anhieb faszinierte. Auf der einen Seite der Rubik-Würfel, den ich in meinem Mathematik-Unterricht im Bereich der Kombinatorik verwendete, und daneben ein LEGO-Roboter, der offenbar in der Lage war, den Rubik-Würfel mit einer beliebigen Anordnung der einzelnen Bausteine wieder in die Grundstellung zurückzudrehen.
Ich fand auch rasch Videos, die den fragilen Roboter in Aktion zeigten. Und da wurde mir auch klar, dass der Zusammnbau des LEGO-Modells nicht einfach sein wird. In verschiedenen Blogs meldeten sich viele Bastler, dass sie den Roboter nur mit Mühe oder im schlimmsten Fall gar nicht realisieren konnten.
Hauptgrund war die korrekte Erkennung der Farben der einzelnen Würfel. Der NXT-Bausatz hat nur einen Helligkeits-, aber nicht einen Farb-Sensor. Man kann leicht verstehen, dass bei schlechten Lichtverhältnissen auf diese Weise die weissen und gelben Steine kaum unterscheidbar sind.
Auf einem Flohmarkt fand ich kurz darauf den dazu erforderlichen NTX-Bausatz. Er stammte von einem frustrierten Käufer, der mit dem LEGO-Computer und den vielen Sensoren überfordert war.
Auch wenn beim LEGO-Roboter alles rund läuft braucht er für die Lösung je nach Anordnung der Steine zwei bis drei Minuten. Das liegt an der mechanischen Konstruktion, die keine höhere Geschwindigkeit zulässt und an der begrenzten Leistungsfähigkeit des kleinen Computers, der die Bewegungen des Roboters erst berechnen muss.
Im Mai 2024 Der meldete Mitsubishi Electric, dass ihr RubiksCube-Roboter Tokufastbot den Würfel in einer Zeit von nur 0,305 Sekunden gelöst und damit einen neuen Weltrekord aufgestellt hat.
Der Rubik’s Cube, auch Zauberwürfel genannt, ist mittlerweile 50 Jahre alt und immer noch sehr beliebt. Der ungarische Architekt, Bauingenieur und Erfinder Ernő Rubik wollte mit dem Spiel ursprünglich seinen Studierenden dabei helfen, ihr räumliches Denkvermögen zu trainieren.
Der Würfel besteht aus 3 x 3 x 3 beweglichen Blöcken. Jetzt hat ein Roboter von Mitsubishi Electric einen neuen Guinness-Weltrekord beim Lösen des Zauberwürfels aufgestellt.
Der Roboter heißt Tokui Fast Accurate Synchronized Motion Testing Robot, kurz: Tokufastbot. Er benötigte nur 0,305 Sekunden, um den rotierenden Puzzlewürfel zu lösen. 75 Millisekunden schneller als der bisherige Rekord, der im Jahr 2018 mit 0,38 Sekunden aufgestellt wurde: von einem anderen Roboter, der am Massachusetts Institute Of Technology (MIT) konstruiert wurde.
Einem Roboter zuzuschauen, der den Rubik-Würfel in 0.38 Sekunden lösen kann, macht wenig Spass. Mitsubishi hat aber ein Video dazu erstellt, in dem man die Bewegungen in Zeitlupe verfolgen kann.
Das Computerprogramm für den LEGO-Roboter werden wir nicht selber schreiben. Es wird auf einer Internet-Platform zur Verfügung gestellt, dass von LEGO-Enthusiasten entwickelt und betreut wird.
Aber um besser verstehen zu können, welche Bewegungen der Roboter bei der Lösung des Würfels ausführen muss, müssen wir uns wenigsten mit den Lösungsmethoden befassen.
Das gelingt natürlich am besten, wenn man versucht, den Rubikwürfel selber von Hand zu lösen. Einige Anleitungen dazu habe ich bereits vorbereitet.
Eher zufällig las ich am 23. März 2023 auf dem Nachrichtenportal 20 Minuten die Meldung über einen neuen Weltrekord im Speedcubing.
Wunderkind Yiheng (9) pulverisiert den Weltrekord
Das neunjährige Speedcubing-Wunderkind Yiheng Wang aus China hat mit einer Zeit von 4,69 Sekunden den Rekord für die schnellste Durchschnittszeit zum Lösen eines 3x3x3-Drehwürfels gebrochen. Yiheng hat damit die Würfelveteranen Max Park (USA) und Tymon Kolasiński (Polen) entthront, die gemeinsam den Rekord mit einer Zeit von 4,86 Sekunden hielten.
Mich hat die Leistung des jungen Chinesen dermassen beeindruckt, dass ich es unbedingt selber mal versuchen wollte, den Rubik Würfel von Hand zu lösen. Nicht mit dem Anspruch, es auch so schnell zu schaffen, aber wenigstens zu verstehen, was dahinter steckt.
Der Bub erzielte seine Rekordzeit im Halbfinal des «Yong Jun KL Speedcubing 2023» in der malaysischen Hauptstadt Kuala Lumpur am 12. März. Damit schaffte es das Wunderkind auch in das «Guiness-Buch der Rekorde».
Darum gehts
- Yiheng Wang ist neuer Weltrekordhalter im Speedcubing.
- Im Laufe von fünf Durchgängen erzielte er Zeiten von 4.35, 3.90, 4.41, 5.31 und 6.16 Sekunden.
- Der Bub hat alle drei Speedcubing-Wettbewerbe gewonnen, an denen er im Jahr 2023teilgenommen hat.
Fünftschnellste Einzellösung aller Zeiten
Im Laufe von fünf Durchgängen erzielte er Zeiten von 4.35, 3.90, 4.41, 5.31 und 6.16 Sekunden. Gemäss den Regeln der World Cube Association (WCA) werden die schnellste und die langsamste Zeit bei der Berechnung des Durchschnitts nicht berücksichtigt. Die zweite von Yihengs fünf Lösungen (3.90 Sekunden) war die fünftschnellste Einzellösung aller Zeiten. Der Rekord für die schnellste Einzellösung liegt nach wie vor bei 3,47 Sekunden, erzielt von Yusheng Du (China) 2018.
Die weiteren Nachforschungen haben mich danach veranlasst, mich mit dem Thema zu beschäftigen.
Viel spannender ist es aber, dem jungen Yiheng zuzuschauen und einfach nur zu staunen. Wie beim Industrieroboter von Mitsubishi hat man auch hier keine Chance, den Fingerbewegungen zu folgen. Aber man bekommt einen guten Einblick in die stimmungsgeladene Atmosphäre eines Wettkampfes und unter welchem Druck die Teilnehmer stehen.
Ein erstes Fazit
In der Zwischenzeit hat sich auch bei LEGO vieles verändert. Die Computer und Sensoren sind leistungsfähiger geworden und lassen sich auch mit modernen Programmiersprachen leichter programmieren.
Da es nun auch brauchbare Unterlagen für eine neue Generation von Rubik-Robotern gibt habe ich mich entschlossen, einen solchen zu bauen.
Der neue LEGO-Bausatz, der alle Bausteine enthält, die für den Rubik-Roboter erforderlich sind.
Der MindCuber-Ri
Das Video zeigt sehr anschaulich, wie der Roboter zuerst auf allen 6 Flächen die Anordnung der jeweils 9 Würfel erfasst. Dazu wird der Rubik-Würfel gedreht und der Farbsensor (oben) über die betreffenden Flächen verschoben.
Danach berechnet der Computer die für die Lösung erforderlichen Drehbewegungen und gibt die ebtsprechenden Befehle an die Servo-Motoren.
Nachdem wir den Roboter in seinen typischen Bewegungsabläufen beobachten können, bekommen wir einen ersten Einblick, wie der Zusammenbau ablaufen wird.
Für den Zusammenbau gibt es eine sehr professionelle Anleitung, die nicht etwa von LEGO, sondern privaten LEGO-Enthusiasten erstellt wurden.
Die Anleitung hat 160 Seiten..!!
Später kannst du sie dann vollständig herunterladen.
Einige Seiten aus der Anleitung als exemplarische Beispiele...
