Роботът за решаване на пъзели има забавлението за вас

Пъзелите са много забавни и завършването им изисква изненадващо много умения за решаване на проблеми, за които хората са уникално подходящи. При типичния пъзел отпечатаното изображение действа като ключова референция за определяне на местоположението на парчето. Но има специални пъзели, които са едноцветни, принуждавайки решаващите да намерят местоположението на частите въз основа единствено на уникалната форма на ръбовете. Решаването на подобни пъзели отнема месеци опити и грешки – и това е за човек. Изграждане на робот за решаване на тези едноцветни пъзели е голямо предизвикателство, но инженерните умения на Шейн Уайтън се справиха със задачата.

Както казва Уайтън, това е бъдещето и роботи трябва да може да се забавлява за нас. Но това все още е доста инженерно предизвикателство. За да обясним как Уайтън направи това, ще започнем с най-простата част от уравнението: системата за движение. Роботът прилича на голям CNC рутер и това е доста близо до това, което е на практика. Здравата дървена маса поддържа CoreXY кинематична система за движение, която позволява много бързо движение. Той може да вземе отделни парчета от прободен трион с помощта на краен ефектор с вакуумно засмукване, както бихте намерили на машина за вземане и поставяне. Вакуумна засмукваща маса, като тази, използвана за задържане на шперплат на CNC рутери, задържа парчетата на място, след като роботът ги пусне.

Всичко това е много впечатляващо и беше лесно в сравнение с останалата част от робота. За да може този робот да реши пъзела, той трябва да сравни всеки ръб на всяко парче с всеки ръб на всяко друго парчета. За пъзел от 5000 части като този, с 4 страни на всяко парче, резултатът е около 1,82×1077337 сравнения. Ако роботът прави едно сравнение в секунда, ще са необходими 4,2×1077319 пъти възрастта на Вселената, за да завърши сравненията. Алгоритъмът на Уайтън извършва сравнения много по-бързо от веднъж в секунда и вероятно използва преки пътища като пропускане на решени ръбове и парчета, но той все пак изчислява, че ще отнеме около 3000 години, за да реши пъзела. В следващото си видео той планира да подобри алгоритъма и тогава ще навлезе в повече подробности.

Дотогава си струва да разберете как роботът сравнява парчета. Уайтън проектира списание за робота, за да грабва парчета. След това поставя парчетата върху прозорец със задно осветление, за да направи снимка. Обикновена камера би изкривила изображението и би направила измерванията на ръбовете неточни, така че Уайтън използва специализиран (и много скъп) телецентричен обектив. Тази леща създава изображение, което изглежда така, сякаш е взето от безкрайно далече, като премахва всички изкривявания, така че всеки ръб да е идеално перпендикулярен на равнината на изображението. С това изображение без изкривяване, Уайтън може да използва софтуер за компютърно зрение, за да открие ръбовете на парчето и да събере точни измервания за своя алгоритъм за решаване.

За да демонстрира това, Уайтън направи персонализиран пъзел от 45 части. Роботът реши този пъзел успешно, но дори този малък пъзел отне около час и половина, за да завърши. Времето за допълнителна част нараства експоненциално, а не линейно. За да видите как Уайтън успява да преодолее това огромно препятствие, не забравяйте да хванете следващото му видео.